解码RNA

解码RNA

作者：张春壮

来源：《科学中国人》2015年第06期

1990年，科学家给矮牵牛花插入一种催生红色素的基因，希望能够让花朵更鲜艳。但意想不到的事发生了：矮牵牛花完全褪色，花瓣变成了白色。科学界对此极度困惑。类似的谜团，直到美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛发现核糖核酸（RNA）干扰机制才得到科学的解释。

离不开的实验室

DNA是遗传信息的主要载体，生物体的生理功能主要由蛋白质来执行。在DNA和蛋白质之间，RNA起着桥梁的作用——对于核糖核酸的所有，在进入大学前，我们所知道的仅此而已。进入中国科学技术大学生物系之后，光寿红逐渐被生命科学这座神秘花园所吸引，对此产生了浓厚的兴趣。

这所以宽松自由的学术文化氛围闻名的学校，学生有一年的时间学习基础课并对所有专业进行了解，在一年级期末可在全校范围内重新选择和转换专业，而整个本科阶段里则有至少四次的机会可重新选择自己的专业。面对如此多选择机会，光寿红遵从自己的兴趣完成了本科学业，并且在研究生阶段继续师从施蕴渝院士进行多肽的溶液构象研究。

凭借扎实的专业基础，光寿红有幸进入美国威斯康星大学攻读博士学位，进行博士后研究。在这所被视为美国公立的常青藤名校的癌症研究所，他师从Janet Mertz教授，研究真核生物中病毒起源的无内含子核糖核酸的表达和调控机制。博士毕业后，因为家庭原因他想继续留

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在麦迪逊，加上“博士后研究时，我想做些模式生物学的东西”，机缘巧合，“学校有个新到的助理教授 Scott Kennedy需要招人，我申请加入了他的实验室”。

实验室做什么？新加入学校的Kennedy教授和新加入实验室的光寿红都在思考，但他们都想找新的方向，做一些有意义的研究。于是，模式生物中小干扰核糖核酸的功能和调控机理的研究被他们锁定，这项研究一直延续到光寿红回国。

2010年，作为中国科学技术大学“青年千人”特聘教授，光寿红回到母校，进入生命科学院，继续研究小干扰核糖核酸的功能和调控机制。

从美国的实验室到中科大的实验室，不变的是光寿红的研究。现在，他带领团队在做真核细胞中核糖核酸的表达与加工的调节、真核生物中转录调节机制、模式生物中非编码核糖核酸的表达与调节机制以及模式生物的遗传与发育相关方面的研究。变化的是光寿红的身份，如今的他带领了一支由学生组成的“年轻”团队，虽然他们都没有多少研究经历，但热情和干劲让他们迅速成长。光寿红希望，自己能和他们快乐地做自己感兴趣的事。他相信，这段经历能帮助他们认识自己，为以后的工作和生活找准方向并打下基础。 神奇的RNA干扰

人们所知道的是，RNA（核糖核酸）仅仅是一类重要的生命物质，其中的信使RNA（mRNA，也叫编码RNA）是作为合成蛋白质的模板。人们所不知道的是，其他存在的非编码RNA也是人类基因组转录的产物。

随着科学家们从细菌到人的各种生物中陆续发现大量种类、数量的非编码RNA，越来越多的证据表明，一系列重大疾病的发生、发展与非编码RNA的调控失衡相关。随之而来，非编码RNA正在成为有前途的疾病标志物、药物靶点和潜在药物分子。2010年12月Science杂志在评选21世纪头十年的十大科学突破时，第一个提到的也是RNA研究，特别是非编码RNA的研究。

然而，无论国际还是国内，科学家偏重于mRNA的研究，而对非编码RNA的研究较为忽视，对其功能及机理的研究还仅仅处于起步阶段。

早期的试验表明，非编码RNA可以用来抑制癌基因和病毒基因的表达。对该项技术的研究和应用，是近年来全球生物医药行业的一个崭新领域。处于国际前沿领域的小核酸干扰技术已经成为中国生物制药的新希望，被应用到抗病毒、抗癌药物研制以及化妆品、农业、养殖业等领域。

然而，在非编码RNA被用于临床和制药之前，人们必须更深入地了解非编码RNA的产生机理、运输途径、作用专一性和体内功能等。

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这个热点吸引了在RNA世界里研究的光寿红的注意，在2014年1月，国家自然科学基金支持项目“RNA干扰过程中错靶现象的遗传调控”开始立项，他凭借实验室早期尝试并成功地在秀丽线虫中建立了新的研究错靶现象的方法。这项研究试图从遗传学的角度出发，了解RNA干扰过程中错靶的作用方式，致力于寻找调控RNA干扰过程中错靶现象的遗传调控因子和分子机理。

光寿红他们所做的就是：研究模式生物秀丽线虫中siRNA调控基因表达的作用方式，通过遗传筛选的办法来寻找调控核RNA干扰的关键因子以及研究它们作用的分子机理。这项研究，将有助于人们更深入地了解RNA干扰造成生长和生殖缺陷的原因和机理。

他希望，“这项研究有助于我们更深入地了解错靶的原因和机理，从而不仅对理解小RNA的基础生物学有重要意义，而且有助于更好地将小RNA干扰技术用于研究和临床治疗。” 回国4年，光寿红忙碌而充实，申请过两个国家自然科学基金的面上项目：一个是研究非编码核糖核酸在生物体中的作用机制，另一个是非编码核糖核酸造成错靶效应的机制。 将于今年12月结题的项目“模式生物秀丽线虫中NRDE通路介导的siRNA基因干扰的机制研究”中的小RNA干扰技术的发现，是近十年来生命科学研究的重大突破之一，不仅可以加深人类对生命过程的认识，而且为人们在干预生命过程中增加了一种非常方便的手段。 生命的密码

与DNA相比，RNA种类很多，分子量相对较小，在遗传信息表达和调节过程中分别发挥作用。正因为RNA分子种类的多样性，它既可以是信息分子，也可以是功能分子。自始至终，光寿红对RNA的研究，都希望能揭开生命科学的神秘面纱并造福大众。因为，对任何一个科学家来说，一项目科研成果如果不能回馈社会，就是一个永远的遗憾。

尽管各项研究齐头并进，但光寿红的研究也有了不俗的成绩。他们发现了获得性遗传的新证据，发现非编码核糖核酸可以介导这一过程；阐明了非编码核糖核酸错靶现象的分子机理；建立了秀丽线虫中使用CRISPR/Cas9技术进行基因敲除的方法；同时他们发现非编码核糖核酸对其产生通路有记忆效应。

回到曾经飞扬青春的中国科学技术大学，光寿红享受着科研带给他的快乐。他主持过第三届全国线虫大会以及第八届全国核糖核酸会议，也参加了全国非编码核糖核酸的香山会议。同时，他还加入一个“973”团队，研究非编码核糖核酸在干细胞发育与分化中的作用。

目前，光寿红的实验室还在进一步研究非编码核糖核酸的产生和作用机制，虽然工作还才刚刚起步，但他为实验室规划了目标——希望阐明一些问题：获得性遗传是怎么样传递到后代去的？其在生物进化中起到了什么样的作用？非编码核糖核酸是如何调控基因转录过程的？其变异是如何导致发育异常以及人类疾病的？发展基因工程和细胞工程的方法治疗肿瘤相关疾病？

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光寿红对未来充满信心，他期望，能将基础研究的成果和人类疾病紧密联系起来，以便更好地为国民经济服务，为社会进步和发展服务。