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【锚定2035·院士谈科学报国】我国非编码RNA研究实现跨越发展

来源:光明网-科普中国2025-03-26 09:20

  编者按:习近平总书记指出,“科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。”为助力高水平科技自立自强,中国科协科普部联合光明网推出“院士高端科普”栏目,邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答,服务引导更多科技工作者提升科研科普能力,促进全民科学素质提升,为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普

  从脱氧核糖核酸(DNA)到核糖核酸(RNA)再到蛋白质,遗传学的“中心法则”用3种物质精准而简洁地描述了遗传信息传递过程。这是所有生命活动调控的基础。

  随着科学研究的不断深入,科学家发现了新问题。“中心法则”描述的DNA、RNA、蛋白质这3种物质在数量上并没有和预期的一致。人的蛋白质编码基因大约有2万个,但蛋白质的种类却超过5万个;在所有的RNA中,98%都是没有编码蛋白质的非编码RNA。新问题引发了新思考:这些不参与编码的RNA,到底发挥了什么作用?

  2012年前后,我和科研团队发现,越来越多的研究表明,这些非编码RNA在生命活动调控的各个方面发挥着重要作用。

  我曾参加过“人类基因组计划”,看到这些研究深受启发。研究非编码RNA对了解生命调控的本质不可或缺,这个领域不仅重大,也是生命科学研究的前沿热点。国际上相关研究刚刚起步,中国科学家一定有机会走在前面!

【锚定2035·院士谈科学报国】我国非编码RNA研究实现跨越发展

  中国科学院院士、中国科学院生物物理研究所研究员陈润生

  于是,我萌生了提出国家自然科学基金重大研究计划的想法。因为该计划支持某一个领域方向,持续时间长,有利于科研人员厚积薄发产出重大成果。

  经过层层遴选,2014年,“基因信息传递过程中非编码RNA的调控作用机制”重大研究计划立项。科学家们凝练出核心科学问题的4个方向,包括与遗传信息传递过程相关的非编码RNA,特别是长非编码RNA基因的鉴定与功能解析;与遗传信息传递相关的非编码RNA的生成、加工、修饰及代谢机制;非编码RNA与其他生物分子的相互作用、调控网络及其结构基础;非编码RNA研究的新方法和新技术。

  接下来,在该重大研究计划的支持下,我国科学家围绕这些科学问题开展了艰苦卓绝的攻坚,并且取得了一系列亮眼的成果。

  例如,科研人员发现了许多新的非编码RNA,其中包括os-piRNA、SPA lncRNA、risiRNA、bktRNA等4类新型非编码RNA,以及内含子自连型、内含子套索型、外显子—内含子连接型等3种新亚型环形RNA。同时,科研人员还通过一系列研究揭示了它们生成、代谢与行使功能的多种重要分子机制。

  这些工作不仅是孤立地发现了一些非编码RNA,还把这些新发现的RNA归成不同类别,使原创成果由“点”构成了“面”。

  科研人员创建了非编码RNA研究急需的新技术与新方法,包括15种RNA和蛋白质互作研究新技术以及17种RNA修饰研究新技术。这些原创性技术突破为深入解析非编码RNA的结构、修饰和功能奠定了方法学基础,其中多项技术解决了领域瓶颈问题,达到了国际领跑水平。

  “工欲善其事,必先利其器”,正是这些新技术的发展大力推动了非编码RNA的原创研究进程。原创技术与原创成果二者相辅相成、缺一不可,成为我国在这一领域收获的“硬币两面”。

  与此同时,科研人员为进一步利用非编码RNA治疗疾病和提高农业生产开展了探索,面向国家重大需求,为保障我国的国民健康和粮食安全奠定了基础。例如,在医学方面,科学家通过建立一套整合组学策略,发现了多个参与调控不同生物学过程的肝癌相关非编码RNA。

  特别是科学家发现了新的基于血清的微小RNA的肝癌标志物,并于2022年成功实现技术转让,在临床上开展应用推广,主要用于肝癌、小肝癌、早期肝癌、甲胎蛋白(AFP)阴性肝癌的早期诊断。

  在农业方面,科学家揭示了非编码RNA调控水稻光敏不育和生长发育的关键作用。围绕水稻中雄性育性受光照调控的现象,科研团队在非编码RNA中寻找答案,最终发现,决定水稻光敏感雄性不育的关键因素是长非编码RNA——PMS1T,其点突变即可导致水稻光敏不育。这项发现解决了困扰水稻育种学科30多年的关键科学问题。

  今天,我们可以自信地说,中国非编码RNA研究实现了跨越发展,已经走上了国际舞台,并且初步确立了我国在非编码RNA研究领域的国际领先地位。

  (作者系中国科学院院士、中国科学院生物物理研究所研究员陈润生,甘晓整理)

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