2018年江蘇高考生物學第27題解析及lncRNA的功能與研究簡介

楊洪斌 廖興建

(1重慶市第七中學校 重慶 400030； 2重慶市沙坪壩區教師進修學院 重慶 400030)

1 題目及解析

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

(1) 細胞核內各種RNA的合成都以________為原料，催化該反應的酶是________。

(2) 轉錄產生的RNA中，提供信息指導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________(圖示①)中的DNA結合，有的能穿過________(圖示②)與細胞質中的蛋白質或RNA分子結合，發揮相應的調控作用。

(4) 研究發現，人體感染細菌時，造血干細胞核內產生的一種lncRNA，通過與相應DNA片段結合，調控造血干細胞的________，增加血液中單核細胞、中性粒細胞等吞噬細胞的數量。該調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(轉運RNA和核糖體RNA)；(3)染色質，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，考查學生對基礎知識的掌握能力，以及對生物學的識圖能力。本題的(1)(2)小題和第(3)小題的第二空都是最基礎的內容，因此對學生來說難度不大。對于第(3)小題第一空和第(4)小題來說，由于學生沒有學習過lncRNA的調控，需要從圖中和題干中獲取信息，圖中顯示lncRNA與染色質結合，進而影響基因的表達。并從題干中能夠獲得如下信息： lncRNA通過調控能增加單核細胞和中性粒細胞，由此可知lncRNA調控的是細胞的分化。綜上所述，本題具有一定的基礎性，同時又有一定的區分度，學生不僅要掌握基本的知識，還要知道這些基礎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： 學生要關注科學發展的前沿，提升對生物學的學習興趣。

2 lncRNA簡介

2002年，Okazaki[1]在小鼠的DNA轉錄產物中首次發現長鏈非編碼RNA(lncRNA)。其主要由RNA聚合酶Ⅱ轉錄，并在3′端被聚腺苷酸化，少部分由RNA聚合酶Ⅲ轉錄[2]。有研究表明，在哺乳動物的基因組中，只有不到2%的轉錄產物能夠編碼蛋白質，高達98%為非編碼RNA (ncRNA)[3]。根據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現。

3 lncRNA的生物學功能

隨著對lncRNA的深入研究，發現lncRNA幾乎涉及到生物體的病理和生理的全部過程，它可以調節機體的正常生命過程，如細胞的分化、增長和代謝；也可以調節各種病理過程，如癌癥、阿爾茨海默病、糖尿病等。lncRNA的生物學功能體現在既可以有順式調控，也可以有反式調控作用；其高級結構也會影響其調控。lncRNA主要通過4種方式行使其功能： ①作為誘餌分子，直接與蛋白質分子和轉錄因子等相關物質結合，阻斷其對靶基因的作用，間接調控目標基因的轉錄；②作為信號分子，通過識別轉錄因子在信號通路中的聯合作用來調控靶基因的表達；③作為支架分子，以中央平臺招募多種蛋白質分子，形成核糖核蛋白復合物，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控；④作為引導分子，招募染色質修飾相關酶，并指導該蛋白復合物反式或者順式定位到調控位點[4]。從分子水平看，其生物學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、X染色體的沉默、基因轉錄剪接翻譯的調控等(表1)。

表1 lncRNA主要的生物學功能

4 lncRNA與各種疾病

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

表2 lncRNA與相關的疾病

5 研究概況

lncRNA在動物體內廣泛參與細胞周期調控、神經發育、腫瘤的發生或轉移；而在植物體內與開花、雄性不育、果實成熟等有密切聯系。對于lncRNA是怎么發揮調控作用的，目前的研究主要有： 在編碼蛋白基因上游啟動子區轉錄，干擾蛋白質編碼基因的表達；抑制RNA聚合酶或者介導染色質重構和組蛋白的修飾；與編碼蛋白的mRNA形成雙鏈，干擾剪切；與特定蛋白結合，影響蛋白質的活性；與蛋白質形成核酸蛋白復合體；與特定的蛋白質結合，改變該蛋白的胞質定位，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的研究已經取得了很大進展，但是這個領域尚處于起步階段，還有很多問題沒有解決，如還沒有統一命名的原則；lncRNA的數據庫不夠全面；可用于研究lncRNA的新技術不多等。