2018年江蘇高考生物學(xué)第27題解析及l(fā)ncRNA的功能與研究簡介

楊洪斌 廖興建

(1重慶市第七中學(xué)校 重慶 400030； 2重慶市沙坪壩區(qū)教師進修學(xué)院 重慶 400030)

1 題目及解析

江蘇省2018年高考生物學(xué)第27題： 長鏈非編碼RNA(lncRNA)是長度大于200個堿基，具有多種調(diào)控功能的一類RNA分子。下圖表示細(xì)胞中l(wèi)ncRNA的產(chǎn)生及發(fā)揮調(diào)控功能的幾種方式，請回答下列問題：

(1) 細(xì)胞核內(nèi)各種RNA的合成都以________為原料，催化該反應(yīng)的酶是________。

(2) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA中，提供信息指導(dǎo)氨基酸分子合成多肽鏈的是________，此過程中還需要的RNA有________。

(3) lncRNA前體加工成熟后，有的與核內(nèi)________(圖示①)中的DNA結(jié)合，有的能穿過________(圖示②)與細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)或RNA分子結(jié)合，發(fā)揮相應(yīng)的調(diào)控作用。

(4) 研究發(fā)現(xiàn)，人體感染細(xì)菌時，造血干細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生的一種lncRNA，通過與相應(yīng)DNA片段結(jié)合，調(diào)控造血干細(xì)胞的________，增加血液中單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等吞噬細(xì)胞的數(shù)量。該調(diào)控過程的主要生理意義是________。

參考答案： (1)四種核糖核苷酸，RNA聚合酶；(2)mRNA(信使RNA)，tRNA和rRNA(轉(zhuǎn)運RNA和核糖體RNA)；(3)染色質(zhì)，核孔；(4)分化，增強人體的免疫抵御能力。

評析： 本題以目前的研究熱點為載體，考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握能力，以及對生物學(xué)的識圖能力。本題的(1)(2)小題和第(3)小題的第二空都是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，因此對學(xué)生來說難度不大。對于第(3)小題第一空和第(4)小題來說，由于學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過lncRNA的調(diào)控，需要從圖中和題干中獲取信息，圖中顯示lncRNA與染色質(zhì)結(jié)合，進而影響基因的表達(dá)。并從題干中能夠獲得如下信息： lncRNA通過調(diào)控能增加單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，由此可知lncRNA調(diào)控的是細(xì)胞的分化。綜上所述，本題具有一定的基礎(chǔ)性，同時又有一定的區(qū)分度，學(xué)生不僅要掌握基本的知識，還要知道這些基礎(chǔ)知識在具體情境中的運用，并要有一定的生物識圖能力，這樣才能解答好這道題。該題折射出這樣的信息： 學(xué)生要關(guān)注科學(xué)發(fā)展的前沿，提升對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

2 lncRNA簡介

2002年，Okazaki[1]在小鼠的DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中首次發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA(lncRNA)。其主要由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，并在3′端被聚腺苷酸化，少部分由RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄[2]。有研究表明，在哺乳動物的基因組中，只有不到2%的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能夠編碼蛋白質(zhì)，高達(dá)98%為非編碼RNA (ncRNA)[3]。根據(jù)核糖核苷酸序列的長短，可以將ncRNA分為長鏈和短鏈。lncRNA廣泛分布于動物、植物、酵母中，甚至在某些病毒中也有發(fā)現(xiàn)。

3 lncRNA的生物學(xué)功能

隨著對lncRNA的深入研究，發(fā)現(xiàn)lncRNA幾乎涉及到生物體的病理和生理的全部過程，它可以調(diào)節(jié)機體的正常生命過程，如細(xì)胞的分化、增長和代謝；也可以調(diào)節(jié)各種病理過程，如癌癥、阿爾茨海默病、糖尿病等。lncRNA的生物學(xué)功能體現(xiàn)在既可以有順式調(diào)控，也可以有反式調(diào)控作用；其高級結(jié)構(gòu)也會影響其調(diào)控。lncRNA主要通過4種方式行使其功能： ①作為誘餌分子，直接與蛋白質(zhì)分子和轉(zhuǎn)錄因子等相關(guān)物質(zhì)結(jié)合，阻斷其對靶基因的作用，間接調(diào)控目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄；②作為信號分子，通過識別轉(zhuǎn)錄因子在信號通路中的聯(lián)合作用來調(diào)控靶基因的表達(dá)；③作為支架分子，以中央平臺招募多種蛋白質(zhì)分子，形成核糖核蛋白復(fù)合物，通過影響組蛋白的修飾，在表觀遺傳水平上對靶基因進行調(diào)控；④作為引導(dǎo)分子，招募染色質(zhì)修飾相關(guān)酶，并指導(dǎo)該蛋白復(fù)合物反式或者順式定位到調(diào)控位點[4]。從分子水平看，其生物學(xué)功能主要涉及基因印跡、染色體修飾和重塑、染色體劑量補償效應(yīng)、X染色體的沉默、基因轉(zhuǎn)錄剪接翻譯的調(diào)控等(表1)。

表1 lncRNA主要的生物學(xué)功能

4 lncRNA與各種疾病

研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA與各種疾病(癌癥、糖尿病、血管類的疾病、免疫系統(tǒng)的疾病等)相關(guān)(表2)。目前對lncRNA與癌癥之間的關(guān)系研究得最多。由于在癌癥發(fā)病前期，lncRNA就有異常表達(dá)，因此可以作為腫瘤標(biāo)志物來診斷(但其特異性不高)，也可用于癌癥預(yù)后的判斷。

表2 lncRNA與相關(guān)的疾病

5 研究概況

lncRNA在動物體內(nèi)廣泛參與細(xì)胞周期調(diào)控、神經(jīng)發(fā)育、腫瘤的發(fā)生或轉(zhuǎn)移；而在植物體內(nèi)與開花、雄性不育、果實成熟等有密切聯(lián)系。對于lncRNA是怎么發(fā)揮調(diào)控作用的，目前的研究主要有： 在編碼蛋白基因上游啟動子區(qū)轉(zhuǎn)錄，干擾蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)；抑制RNA聚合酶或者介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)和組蛋白的修飾；與編碼蛋白的mRNA形成雙鏈，干擾剪切；與特定蛋白結(jié)合，影響蛋白質(zhì)的活性；與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白復(fù)合體；與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合，改變該蛋白的胞質(zhì)定位，還可以作為miRNA、piRNA等的前體分子。另外，研究lncRNA在血漿中如何受到保護而沒有被RNA酶降解等。迄今為止，lncRNA在微生物領(lǐng)域的研究較少，研究主要集中在病毒和寄生蟲中。

盡管lncRNA的研究已經(jīng)取得了很大進展，但是這個領(lǐng)域尚處于起步階段，還有很多問題沒有解決，如還沒有統(tǒng)一命名的原則；lncRNA的數(shù)據(jù)庫不夠全面；可用于研究lncRNA的新技術(shù)不多等。