历史起源

生物的遗传信息存在于多核苷酸(DNA 或RNA) 分子链上, 其碱基互补可形成双链结构。DNA不能直接表达性状或指导蛋白质的合成, 它必须通过转录mRNA并以此为模板,合成蛋白质。在转录过程中, 双链DNA中作为模板转录mRNA的一条链称反义DNA链或称模板链。与之互补的另一条非模板链, 称有义DNA链。由有义DNA链可转录反义RNA。这种反义RNA分子在调节基因表达上有重要作用。

在分子生物学上称为干扰mRNA的互补RNA( micRNA)。现代分子生物学对于怎样产生或利用反义RNA作了深人的研究和探索, 并已取得可喜的进展。新兴发展起来的植物反义基因技术正是利用或人工合成出一段DNA(或cDNA), 再反向装上启动子和终止子, 这样反向克隆的DNA就能象正常的DNA一样, 转录出反义RNA。但这类反义RNA并不能象mRNA那样, 与核糖体结合, 翻译出蛋白质, 而是以RNA分子形式存在并与靶基因转录的RNA(包括mRNA)分子, 通过碱基互补, 形成复合体, 从而影响了RNA的剪接、加工以及与核糖体的结合, 阻止了mRNA正常的转译和表达, 导致靶基因特异性抑制或产生下向调节效果。理想的反义RNA应该与靶mRNA具特异互补性。两者在细胞核中同时存在时, 形成反义RNA-mRNA复合体, 阻止了mRNA由核内向细胞质转移, 造成特定基因失活或关闭, 产生所谓特定单基因突变现象。这在遗传学研究和植物遗传改良上很有利用价值。

反义RNA理论与技术的形成和发展是基于原核生物中天然存在的反义R N A 及其调控机理的研究而发展起来的。Tomiazwa于1981年首先报道了反义RNA的分子生物学功能, 他们在研究大肠杆菌质粒复制时, 发现反义R N A 对质粒复制有调节作用。此后在其它原核生物中也相继发现反义RNA对细菌或噬菌体的基因表达、质粒复制等起调节作用1。

分类

反义基因技术主要包括：反义RNA、反义DNA 及核酶2。

反义RNA

根据反义RNA 的作用机制可将其分为3 类:

I类 反义RNA 直接作用于靶mRNA 的SD 序列和( 或) 部分编码区, 直接抑制翻译, 或与靶mRNA 结合形成双链RNA, 从而易被RNA 酶Ⅲ降解;

Ⅱ类 反义RNA 与mRNA 的非编码区结合, 引起mRNA 构象变化, 抑制翻译;

Ⅲ类 反义RNA 则直接抑制靶mRNA 的转录。

反义DNA

反义DNA 是指一段能与特定的DNA 或RNA以碱基互补配对的方式结合, 并阻止其转录和翻译的短核酸片段, 主要指反义寡核苷酸, 因更具药用价值而倍受重视。

核酶

核酶( Ribozyme) 是具有酶活性的RNA, 主要参加RNA 的加工与成熟。天然核酶可分为4 类:

I类异体催化剪切型, 如RnaseP;

Ⅱ类自体催化的剪切型, 如植物类病毒、拟病毒和卫星RNA;

Ⅲ类 第一组内含子自我剪接型, 如四膜虫人核26S rRNA;

Ⅳ类 第二组内含子自我剪接型。