特拉華大學(xué)的科學(xué)家與美國(guó)國(guó)內(nèi)外的同事合作，發(fā)現(xiàn)了一種新型分子——一種“微型開(kāi)關(guān)”——它可以關(guān)閉水稻的基因。水稻是全世界超過(guò)半數(shù)人口的主要糧食來(lái)源。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了3月25日出版的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
這項(xiàng)研究是由特拉華大學(xué)CrawfordGreenewalt植物科學(xué)教授PamelaGreen以及植物和土壤科學(xué)副教授BlakeMeyers領(lǐng)導(dǎo)的，他們發(fā)現(xiàn)的新型分子稱為自然反義微RNA（nat-miRNAs），它們是由長(zhǎng)度大約20個(gè)核苷的短小的核糖核酸（RNAs）組成的。它們的靶標(biāo)是位于水稻細(xì)胞DNA反向鏈上它們直接面對(duì)的基因。
除了發(fā)現(xiàn)一種新的遺傳開(kāi)關(guān)，以及對(duì)其路徑和進(jìn)化獲得了一些了解——這對(duì)一種養(yǎng)活了世界大多數(shù)人的谷物的健康具有重要意義，這項(xiàng)新研究還可能有助于科學(xué)家在其他生物中尋找這種新型基因調(diào)控因子，包括人類。微RNA（microRNAs）調(diào)控著人類30%的基因，因此對(duì)于人類健康和發(fā)育至關(guān)重要。
微RNAs是小分子RNA，在調(diào)控細(xì)胞過(guò)程（包括細(xì)胞的發(fā)育及其對(duì)壓力的響應(yīng)）中扮演著一個(gè)關(guān)鍵的角色。這些小分子與特定的信使RNA分子結(jié)合，后者攜帶著給細(xì)胞的用于制造特定蛋白質(zhì)的指令。這種結(jié)合通常會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞中的信使RNA降解。“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這些新型分子的時(shí)候，我們使用了一種深層測(cè)序的手段用來(lái)發(fā)現(xiàn)新的微RNAs，”Green說(shuō)。“這些微小的RNA分子是一種特殊的微RNA，它們擁有和靶標(biāo)‘反義’的配置。這是一個(gè)令人激動(dòng)的發(fā)現(xiàn)。我們相信它們可能在許多生物中存在，”她指出。
此前科學(xué)家已經(jīng)在水稻中發(fā)現(xiàn)了大約240種微RNAs。利用一種稱為大規(guī)模平行測(cè)序（MPSS）的高通量基因測(cè)序技術(shù)，特拉華大學(xué)的這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)分析了6個(gè)水稻樣本中的超過(guò)400萬(wàn)小分子RNAs，結(jié)果找到了24種新的微RNAs，包括一組獨(dú)特的新分子，稱為自然反義微RNAs。
當(dāng)一個(gè)基因即將制造蛋白質(zhì)的時(shí)候，它的雙鏈解旋。第一條鏈稱為“正義”轉(zhuǎn)錄本，它產(chǎn)生了攜帶制造特定蛋白質(zhì)的配方的信使RNA。然而，另外一條鏈可能制造出一個(gè)互補(bǔ)反義的RNA分子，它們有時(shí)候會(huì)阻止蛋白質(zhì)的制造，因此也就關(guān)閉了基因，或者說(shuō)使基因“沉默”。
在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)中，正義信使RNA和反義RNA的運(yùn)作方式不同，不同的片段相互剪接。這些剪接差異把正義與反義鏈的配對(duì)能力限制在了一個(gè)包含了微RNA的小區(qū)域內(nèi)。此外，自然反義微RNA前體的剪接會(huì)形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，而發(fā)夾結(jié)構(gòu)是制造任何微RNA所必需的。
Green指出，這類微RNA沒(méi)有存在于常見(jiàn)的研究用植物擬南芥中。擬南芥是一種雙子葉植物——在種子萌發(fā)時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)葉片（子葉）的一類植物。然而，特拉華大學(xué)的研究組在單子葉植物中發(fā)現(xiàn)了這種新型的微RNA。單子葉植物是只有一片子葉的植物，例如水稻、玉米和其他谷類植物。
“我們發(fā)現(xiàn)了這些新型微RNA，靶點(diǎn)以及正義—反義轉(zhuǎn)錄構(gòu)造保存在單子葉植物中，這表明這種路徑至少有5000萬(wàn)年的歷史，”Meyers指出。Green說(shuō)，研究的下一步將是設(shè)法理解微RNAs如何幫助水稻響應(yīng)有害環(huán)境狀況，諸如干旱或者獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)受限。
此外，特拉華大學(xué)的研究組目前正在分析許多植物的小分子RNAs，從而確定這類新的微RNA是否可能存在于更廣泛的單子葉植物或其他植物中。“比較基因組學(xué)是理解微RNA進(jìn)化和多樣性的一個(gè)重要手段，而且它有潛力告訴我們這類自然反義微RNA是在什么時(shí)候首先進(jìn)化出來(lái)的，”Meyers說(shuō)。