非編碼RNA助力作物改良

如何有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量來滿足人類的需求？如何提高農(nóng)作物對(duì)抗蟲害和不良條件的能力？如何改善農(nóng)作物性狀使得農(nóng)產(chǎn)品更為營(yíng)養(yǎng)和健康？數(shù)個(gè)世紀(jì)以來，人們一直探索和實(shí)踐著改良作物的方法。傳統(tǒng)的作物改良方法如自然隨機(jī)雜交和人工設(shè)計(jì)雜交雖能取得一定的效果，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。

現(xiàn)代生物技術(shù)尤其是分子生物學(xué)的發(fā)展加速了作物改良的進(jìn)展。通過DNA重組方法，產(chǎn)生了一批轉(zhuǎn)基因植物，作物性狀得到有效改善，如：提高了作物產(chǎn)量，增強(qiáng)了抗蟲性、耐旱性等。但是關(guān)于過表達(dá)外源基因產(chǎn)生的蛋白產(chǎn)物是否存在食品安全和環(huán)境問題的潛在隱患，質(zhì)疑和爭(zhēng)論從未停息。

近年來，非編碼RNA的出現(xiàn)為作物改良提供了新的思路。非編碼RNA是zui近生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱門之一，卻與作物改良有著較深的淵源。小干擾RNA就是從建立抗病毒植物的研究中發(fā)現(xiàn)的，并因此開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的生物學(xué)研究領(lǐng)域。非編碼RNA是指不具備蛋白編碼活性，但卻具有調(diào)控功能的轉(zhuǎn)錄本。由于不編碼蛋白產(chǎn)物，降低了引入外來蛋白的風(fēng)險(xiǎn)。那么，采用非編碼RN是否代表一種更為安全策略呢？

事實(shí)上，迄今為止，已經(jīng)有多種利用非編碼RNA成功進(jìn)行作物改良的例子。為了對(duì)該領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行匯總和展望，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》雜志近期發(fā)表了題為Non-coding RNAs as potent tools for crop improvement的Perspective文章，。文章作者，中國(guó)科學(xué)院上海植物逆境生物學(xué)研究中心劉仁義研究員與美國(guó)科學(xué)院院士朱健康教授在文中著重介紹了RNA干擾技術(shù)在提高作物抗蟲性及改善作物品質(zhì)的應(yīng)用并且針對(duì)非編碼RNA的脫靶效應(yīng)引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策進(jìn)行了探討。文章還介紹了植物基因組中長(zhǎng)非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)和功能研究和基于引導(dǎo)RNA的基因編輯技術(shù)CRISPR/CAS9的研究進(jìn)展，并對(duì)它們?cè)谧魑锔牧贾械膽?yīng)用前景進(jìn)行了展望 。

文章指出：鑒于非編碼RNA在基因調(diào)控中的重要作用，使其成為作物改良中的一個(gè)重要工具。例如，傳統(tǒng)利用Bt蛋白的過表達(dá)來提高作物抗蟲性，已經(jīng)引發(fā)了一系列問題：昆蟲已開始產(chǎn)生對(duì)Bt蛋白的耐受性，而RNA沉默可作為很好的替代策略。此外，RNA沉默也可用于作物改良。利用RNA干擾下調(diào)在植物代謝中的關(guān)鍵信號(hào)通路節(jié)點(diǎn)分子，使作物累積有利的代謝產(chǎn)物或者降低不利的代謝產(chǎn)物如過敏源蛋白。

對(duì)于基因編輯技術(shù)CRISPR/CAS，作者認(rèn)為，該技術(shù)用于植物功能性基因組改造和作物改良將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。CRISPR/CAS是細(xì)菌中一種對(duì)外源DNA進(jìn)行切割的防御系統(tǒng)。另外，通過對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行改良，該體系也可用于對(duì)植物基因組進(jìn)行定點(diǎn)修飾。因而它將成為研究植物基因組和進(jìn)行作物改良的重要工具。

然而，不論是RNAi還是CRISPR/CAS技術(shù), 這些基于核酸配對(duì)的識(shí)別性均存在錯(cuò)配的可能，在用于作物改良時(shí)，需要對(duì)構(gòu)建體或者引導(dǎo)序列進(jìn)行慎重選擇和設(shè)計(jì)來降低可能的脫靶效應(yīng)。（來源：科學(xué)網(wǎng)）