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谢树章等
, 2011,
内含子调控转基因植物外源基因的表达研究
,
分子植物育种
Vol.9 No.12 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0012)
1084
子剪接。根据剪接方式与结构不同，内含子可以分
为三类：自我剪接内含子、真核
tRNA
内含子和真
核
mRNA
内含子。
1.1
自我剪接内含子
自我剪接内含子指的是内含子的删除和外显
子的连接通过
RNA
自身催化完成。在没有蛋白质
存在的情况下，
RNA
分子可经由自身的自我剪接反
应将内含子剪接掉，该过程除了需要鸟苷酸和
Mg
2+
外，不需要任何酶的参与，并可将相邻片断的
5'
端、
3'
端连接成为成熟的
RNA
。通过碱基配对的方式，
这些
RNA
在一定条件下与底物
RNA
结合，从而催
化底物在特异位点断裂，因而被称之为核糖核酸内
切酶
(ribozyme)
。动植物细胞以及细菌、真菌中都
存在这一类酶，它们自身的
RNA
分子具备自我剪
接
(self-splicing)
的功能。
1.2
真核
tRNA
内含子
真核
tRNA
内含子的剪接机制
以酵母为例，首先核酸内切酶在两端把内含子
切开，然后内含子被释放出来，同时产生两个
“tRNA”
半分子，然后再由
RNA
连接酶和磷酸酯酶
在
ATP
存在下起作用，将这两个
“tRNA”
半分子进
行连接，产生成熟的
tRNA
分子
(
丁红梅等
, 2006)
。
1.3
真核
mRNA
内含子
随着基因组测序计划的进行，发现绝大多数
真核基因都含有内含子，并且主要是真核
mRNA
内
含子。真核基因的前体
mRNA(pre-mRNA)
大部分含
有
1
个或多个内含子，在
mRNA
成熟的过程中，这
些内含子序列的删除和外显子序列的连接过程称
为前体
mRNA
的剪辑
(pre-mRNA splicing)
。因为前
体
mRNA
只有经过剪辑才能成为可翻译的成熟
mRNA
，而内含子的剪辑跟
mRNA 3'
末端的形成及
mRNA
的运输密切相关，所以前体
mRNA
的剪辑，
既是真核生物基因表达的一个重要环节，也是调控
基因表达的一个关键步骤。
真核
mRNA
内含子的剪接部位一般有三个：
3'
端剪切点
AG
、
5'
端剪切点
GT
和靠近
3'
端含
A
序
列的分支点。真核
mRNA
内含子的剪接是由剪接体
来完成，剪接体是由前体
mRNA
、核内小分子核糖
核蛋白
(snRNPs)
以及其它相关蛋白质因子组装成的
精密装置。
2
内含子的序列特征
根据序列结构的特点，内含子主要有两种类
型：
U2
-型内含子和
U12
-型内含子，
U2
-型内含子
普遍存在，约占总数的
99
％，而
U12
-型内含子含
量则很少
(<0.4
％
) (
徐军望等
, 2003)
。
2.1 U2
-
型内含子
U2
-型内含子的典型特征是其
DNA
序列的
5'
剪接位点一般为
AG/GTAAGT
的保守序列，
3'
剪接
位点末端为
TGCAG/G
的保守序列。分支点位于
3'SS
上游约
20
-
30 nt
处，序列并不保守，一般含有
一个腺苷酸，腺苷酸的突变或缺失会降低剪接的效
率甚至导致
pre-mRNA
无法剪接。植物内含子一个
显著特点就是分支点下游富含
UA
序列，
UA
序列
均匀地分散于整个内含子中，为保证剪接的保真度
和精确性起着关键作用
(Ko et al.,1998)
。
例如，徐军望等分离得到水稻
EPSP
合酶基因
的第一内含子
EPI
，其
5'
端剪接位点序列为
GGTGAGA
，
3'
端的剪接位点序列为
ATTAGG
，这
符合真核生物剪接位点序列的一致规则。
EPI
序列
的
AT
含量丰富，在
704
个核苷酸对中
A+T
共为
449
个，约占内含子核苷酸总数的
63.8
％．这些结构特
征表明，
EPI
序列是一种典型的植物内含子。
2.2 U12
-
型内含子
U12
-型内含子又称为
AT-AC
型内含子，刘晓
琼等
(1997)
从真核细胞基因组发现了一类新型的核
mRNA
内含子，其剪接位点是保守的双核苷酸，为
5'
端的
AT
和
3'
末端的
AC
。这类内含子虽然含量较
少，但是在哺乳动物、植物和昆虫的核基因组中均
有发现
(Pomposiello et al., 2001; Lee et al., 2007)
。
3
内含子的功能及对转基因植物外源基因表
达的影响
3.1
选择性剪接
选择性地对
pre-mRNA
不同剪接位点进行不同
组合的剪接，称为选择性剪接。通过选择性剪接，
由一条
pre-mRNA
可生成多条成熟的
mRNA
。某些
基因的选择性剪接具有组织特异性或受发育调节
(Storbeck et al., 1998)
。
西葫芦羟基丙酮酸还原酶基因
(HRP)
中内含子
在
5'
剪接位点的可变剪接产生了两种不同的蛋白
HRP1
和
HRP2
。这两种蛋白的细胞器定位不同，