2018年江苏高考生物学第27题解析及lncRNA的功能与研究简介

杨洪斌 廖兴建

(1重庆市第七中学校 重庆 400030； 2重庆市沙坪坝区教师进修学院 重庆 400030)

1 题目及解析

江苏省2018年高考生物学第27题： 长链非编码RNA(lncRNA)是长度大于200个碱基，具有多种调控功能的一类RNA分子。下图表示细胞中lncRNA的产生及发挥调控功能的几种方式，请回答下列问题：

(1) 细胞核内各种RNA的合成都以________为原料，催化该反应的酶是________。

(2) 转录产生的RNA中，提供信息指导氨基酸分子合成多肽链的是________，此过程中还需要的RNA有________。

(3) lncRNA前体加工成熟后，有的与核内________(图示①)中的DNA结合，有的能穿过________(图示②)与细胞质中的蛋白质或RNA分子结合，发挥相应的调控作用。

(4) 研究发现，人体感染细菌时，造血干细胞核内产生的一种lncRNA，通过与相应DNA片段结合，调控造血干细胞的________，增加血液中单核细胞、中性粒细胞等吞噬细胞的数量。该调控过程的主要生理意义是________。

参考答案： (1)四种核糖核苷酸，RNA聚合酶；(2)mRNA(信使RNA)，tRNA和rRNA(转运RNA和核糖体RNA)；(3)染色质，核孔；(4)分化，增强人体的免疫抵御能力。

评析： 本题以目前的研究热点为载体，考查学生对基础知识的掌握能力，以及对生物学的识图能力。本题的(1)(2)小题和第(3)小题的第二空都是最基础的内容，因此对学生来说难度不大。对于第(3)小题第一空和第(4)小题来说，由于学生没有学习过lncRNA的调控，需要从图中和题干中获取信息，图中显示lncRNA与染色质结合，进而影响基因的表达。并从题干中能够获得如下信息： lncRNA通过调控能增加单核细胞和中性粒细胞，由此可知lncRNA调控的是细胞的分化。综上所述，本题具有一定的基础性，同时又有一定的区分度，学生不仅要掌握基本的知识，还要知道这些基础知识在具体情境中的运用，并要有一定的生物识图能力，这样才能解答好这道题。该题折射出这样的信息： 学生要关注科学发展的前沿，提升对生物学的学习兴趣。

2 lncRNA简介

2002年，Okazaki[1]在小鼠的DNA转录产物中首次发现长链非编码RNA(lncRNA)。其主要由RNA聚合酶Ⅱ转录，并在3′端被聚腺苷酸化，少部分由RNA聚合酶Ⅲ转录[2]。有研究表明，在哺乳动物的基因组中，只有不到2%的转录产物能够编码蛋白质，高达98%为非编码RNA (ncRNA)[3]。根据核糖核苷酸序列的长短，可以将ncRNA分为长链和短链。lncRNA广泛分布于动物、植物、酵母中，甚至在某些病毒中也有发现。

3 lncRNA的生物学功能

随着对lncRNA的深入研究，发现lncRNA几乎涉及到生物体的病理和生理的全部过程，它可以调节机体的正常生命过程，如细胞的分化、增长和代谢；也可以调节各种病理过程，如癌症、阿尔茨海默病、糖尿病等。lncRNA的生物学功能体现在既可以有顺式调控，也可以有反式调控作用；其高级结构也会影响其调控。lncRNA主要通过4种方式行使其功能： ①作为诱饵分子，直接与蛋白质分子和转录因子等相关物质结合，阻断其对靶基因的作用，间接调控目标基因的转录；②作为信号分子，通过识别转录因子在信号通路中的联合作用来调控靶基因的表达；③作为支架分子，以中央平台招募多种蛋白质分子，形成核糖核蛋白复合物，通过影响组蛋白的修饰，在表观遗传水平上对靶基因进行调控；④作为引导分子，招募染色质修饰相关酶，并指导该蛋白复合物反式或者顺式定位到调控位点[4]。从分子水平看，其生物学功能主要涉及基因印迹、染色体修饰和重塑、染色体剂量补偿效应、X染色体的沉默、基因转录剪接翻译的调控等(表1)。

表1 lncRNA主要的生物学功能

4 lncRNA与各种疾病

研究发现，lncRNA与各种疾病(癌症、糖尿病、血管类的疾病、免疫系统的疾病等)相关(表2)。目前对lncRNA与癌症之间的关系研究得最多。由于在癌症发病前期，lncRNA就有异常表达，因此可以作为肿瘤标志物来诊断(但其特异性不高)，也可用于癌症预后的判断。

表2 lncRNA与相关的疾病

5 研究概况

lncRNA在动物体内广泛参与细胞周期调控、神经发育、肿瘤的发生或转移；而在植物体内与开花、雄性不育、果实成熟等有密切联系。对于lncRNA是怎么发挥调控作用的，目前的研究主要有： 在编码蛋白基因上游启动子区转录，干扰蛋白质编码基因的表达；抑制RNA聚合酶或者介导染色质重构和组蛋白的修饰；与编码蛋白的mRNA形成双链，干扰剪切；与特定蛋白结合，影响蛋白质的活性；与蛋白质形成核酸蛋白复合体；与特定的蛋白质结合，改变该蛋白的胞质定位，还可以作为miRNA、piRNA等的前体分子。另外，研究lncRNA在血浆中如何受到保护而没有被RNA酶降解等。迄今为止，lncRNA在微生物领域的研究较少，研究主要集中在病毒和寄生虫中。

尽管lncRNA的研究已经取得了很大进展，但是这个领域尚处于起步阶段，还有很多问题没有解决，如还没有统一命名的原则；lncRNA的数据库不够全面；可用于研究lncRNA的新技术不多等。