DNA转录的产物分为两大类，一类是为了传递遗传信息的，比如作为翻译模板的信使RNA(mRNA)，携带氨基酸的转运RNA(tRNA)，以及提供翻译场所的 rRNA(核糖体RNA)，还有一大类RNA则是参与基因表达调控的。这些参与基因表达调控的RNA的普遍特征是没有明确的编码区，因此人们将之称为非编码RNA。过去由于非编码RNA的功能不明确，很多人都认为它们是转录的冗余。现在，随着功能基因组学，特别是DNA元件的大百科全书计划( ENCyclopedia of DNA Elements, ENCODE)的完成，人们对非编码RNA的作用理解得越来越深入清晰了。非编码RNA在细胞分化、细胞功能的维持，在抵抗病毒的侵袭，在遏制转座子的转座维持基因组的稳定中发挥着重要的作用，甚至在精子和卵子形成的过程中也发挥着我们之前不清楚的作用。

精子中非编码 RNA 的多功能性

生殖系细胞担负着遗传信息的世代传递，其基因组的完整性对个体生育能力及物种维持都至关重要。真核生物基因组中存在着大量外来入侵的转座子、逆转座子等可移动遗传元件，如转座子和它们的衍生序列就分别占了人和小鼠基因组的 46%和 39%，这些可移动遗传元件是引发基因组 DNA 突变、导致基因组不稳定的主要因素。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所刘默芳及其研究团队长期致力于 P 元件诱导的睾丸功能低下（P-element induced wimpy testis）以及 Piwi 相互作用 RNA（Piwi-interacting RNA，piRNA）调控通路在哺乳动物精子形成及男性不育中的功能机制研究。他们先后发现，piRNA 与 MIWI（小鼠 PIWI）形成复合物，指导精子细胞中 mRNA 的大规模降解，APC/C（anaphase-promoting complex/cyclosome）是一种泛素连接酶复合物，APC/C-泛素化通路介导的 PIWI 降解对精子形成至关重要。刘默芳团队揭示了 PIWI/piRNA 途径的代谢调控机制，同时发现 piRNA 通过诱导 MIWI 蛋白构象调控其泛素化修饰，提供了一种新型的蛋白质泛素化降解调控模式，并揭示 piRNA 除介导生殖细胞基因组转座子沉默外，还具有在特定发育阶段诱导其结合蛋白降解的新功能。该研究首次证明了 Piwi 基因突变致男性不育，并为此类男性不育症的精准治疗提供了理论基础和方法策略（图 9-1）。

图9-1 pi-RISC 指导精子发育后期 mRNA 降解

piRNA 以不完全配对方式识别靶 mRNA，通过其结合蛋白 MIWI（小鼠 PIWI）与脱腺苷化酶CAF1相互作用，形成功能复合物 piRNA 诱导沉默复合体（piRNA-induced silencing complex，pi-RISC），指导小鼠精子发育后期 mRNA 大规模降解