细胞中存在各种各样的RNA分子，按照其是否携带编码蛋白质的信息来划分，可以分为信使RNA（message RNA，mRNA，即编码蛋白质的RNA）和非编码RNA（non-protein-coding RNA，即不编码蛋白质的RNA）两种。

mRNA是携带基因组的遗传信息并指导蛋白质合成的一类RNA；而非编码RNA是相对于mRNA来说的，能够转录但不产生功能蛋白质产物的另一类RNA。非编码RNA与基因的表达和调控是当前生命科学最活跃的前沿研究之一。

20年来，一大批非编码RNA的发现及其功能的阐明，揭示了非编码RNA基因（简称非编码基因）在遗传信息表达和调控中的重要作用。非编码基因所具有的从调控到生物催化活力的结构与功能多样性，不仅大大开阔和革新了人们对许多生物学基本概念和基本问题（如生命起源方式和分子生物学中心法则）的认识，而且展示了RNA技术在生命科学、农学和医学中广阔的应用前景。

在“人类基因组计划”完成之后，以解析非编码蛋白质序列为主要目标的“人类DNA元件百科全书计划”（ENCODE计划）等研究发现，人类和高等真核生物基因组中存在大量未知的非编码基因，对这些基因的结构及其功能的研究是后基因组时代重要的科学研究前沿，因为它有可能揭示一个全新的由RNA介导的遗传信息表达调控网络，从而以不同于编码蛋白质的基因的角度来注释和阐明生物基因组的结构与功能。人类等真核生物基因组被认为是一个高度结构化的RNA机器。与编码蛋白质的遗传密码不同，基因组中的“暗物质”———非编码基因也被称为“第二套遗传密码”。

非编码RNA不仅是基因科学前沿，同时也正在引领生命科学各个领域的发展。最新的研究表明，非编码RNA虽然不编码蛋白质，但是以蛋白质机器“组织者”和调控分子等多种身份参与了各个层次的生命活动，在干细胞维持和分化、胚胎发育、细胞自噬与凋亡、生化代谢、信号转导、表观与获得性遗传、感染及免疫应答等几乎所有重要生命活动中发挥着不可替代的调控作用，并与恶性肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等人类重大疾病的发生和发展密切相关。随着对非编码RNA研究的深入，一个普遍存在的RNA与蛋白质相互作用、协同调控的细胞功能网络及信号转导机制正逐渐显露，这将有助于阐明生命起源及进化的本质。同时，非编码RNA作为人类健康大数据及精准医学的核心指标———RNA index，将为人类重大疾病的诊断、干预、防治及药物研发等提供全新的思路与技术。

RNA学科领域的研究特点、发展规律和发展趋势

1.非编码RNA是新的基因科学前沿人类基因组计划完成后，人们惊讶地发现，人类基因组中非蛋白质编码区（98％以上）远远大于蛋白质编码区，在非蛋白质编码区中隐藏着数目巨大的非编码基因有待发现。2005年，《Science》杂志提出21世纪125个挑战性问题，其中“人类基因为什么这么少？”列为第三。2010年，《Science》杂志再次提出，非编码基因是基因组中的“暗物质”。目前已预测出高达数万种人类非编码基因，但这仅仅揭示了其冰山一角。突破现有理论和方法的局限，全面系统地发掘新的非编码RNA及其功能解析已成为21世纪生命领域的科学前沿。

2.非编码RNA对整个生命科学的引领作用非编码RNA研究，不仅以大量新基因的发现来全面注释人类等生物基因组的组成，而且将揭示出一个全新的由RNA介导的遗传信息表达调控网络和生命控制机理的起源及进化。目前已发现非编码RNA参与了动植物胚胎发育、干细胞维持、细胞分化、代谢、信号转导、免疫应答、神经生长、生物应激、癌症、衰老等几乎所有生理或病理过程。非编码RNA作为生理和遗传核心调控因子，参与决定各种细胞的功能及命运的过程，是复杂生命性状表观遗传调控的分子基础。对非编码RNA生物学功能及其机制的研究将影响或辐射到遗传学、生理学、免疫学、细胞生物学、神经生物学等生命科学各个基础领域，成为这些学科新的增长点，推动整个生命科学的快速发展。

3.非编码RNA代表新的基因资源和新的生物技术制高点非编码基因是与编码蛋白质的基因具有同等价值的遗传资源。大量非编码基因的发掘及调控功能的阐明将为生物的遗传育种以及人类重大疾病的干预、防治及药物研究等提供全新的思路与技术，在医学和农业中有巨大应用价值。例如，非编码RNA在各种细胞中的异常表达可作为肿瘤早期诊断、分类、分级甚至预后与治疗的新型标志物，一个非编码基因具有促进水稻增产20％以上的潜力。建立基于非编码RNA的疾病分类系统将成为精准医学的核心指标，新的非编码基因和RNA靶向及干预技术在疾病机理、干细胞诱导、动植物品种选育、作物重要农艺性状改良及病害控制等方面有重要应用前景。

世界发达国家对非编码RNA十分重视，提出了多个重大行动计划，如欧盟的“RNA调控网络与健康和疾病”计划，美国的ENCODE计划、“胞外核酸通信计划”（The Extracellular RNA Communication Program），日本的“功能RNA研究项目”“哺乳动物基因组功能注释计划”等。在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，“非编码核糖核酸的表达调控与功能”被列为基础科学前沿。

在国家“十一五”和“十二五”基础研究发展规划中，非编码RNA被作为基础科学前沿领域的重点方向。2005年以来，科技部在973计划和863计划中启动了一批非编码RNA研究项目。2014年，国家自然科学基金委员会也启动了“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，有力地推动了国内RNA科学的发展，产生了一批具有国际影响的重大科技成果。鉴于非编码RNA研究在生命科学与生物技术中的重要性及其发展趋势，我们建议将非编码RNA领域列入“国家重点研发计划：面向国家战略需求的基础研究”方向，包括新的非编码RNA发现与相关功能鉴定、复杂的生物性状RNA调控机制、RNA结构生物学、疾病RNA组学、RNA与农学、RNA研究新技术等内容。

本文摘编自国家自然科学基金委员会、中国科学院编《RNA研究中的重大科学问题》（ 责编：牛　玲　张翠霞）摘要，内容有删减。

（本期编辑：安 静）

RNA研究中的重大科学问题

国家自然科学基金委员会、中国科学院　编

北京：科学出版社 2017.01

ISBN 978-7-03-051310-6

《中国学科发展战略•RNA研究中的重大科学问题》瞄准国际学术前沿，凝聚科学问题，系统阐述了RNA研究的科学意义与战略价值、RNA研究的发展规律与研究特点、RNA研究的发展现状与发展态势；并在此基础上提出了RNA研究的发展思路和发展方向内容包括7个方向分别是：RNA信息学，RNA生成、加工和降解，RNA生理与遗传，RNA结构生物学，非编码刚RNA与医学，非编码与农学非编码研究中的新方法和新技术；同时，对我国研究的资助机制与政策提出了建议。

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