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与极性互补的核苷酸链相结合。这条极性互补的核苷酸链即“反义链”，可以捕获与其互补的“正义链”，形成双螺旋结构，从而影响正义链核酸的主物学功能。
反义RNA在基因调控中的作用主要有三种：
（1）对质粒复制的调控作用：最初从研究E.coli质粒复制中发现的一条约100BP长的反义RNA可以与作为转录起始引物的RNA形成杂交体，从而阻止了引物RNA与质粒DNA的结合，降低了质粒复制的活性；
（2）对基因转录的调控作用：大肠杆菌的cAMP受体蛋白（CRP）合成自我调节属这种形式，当cAMP过量存在时，其受体蛋白CRP能够激活反义RNA的转录，反义RNA则专一性地抑制CRPmRNA的转录，因此降低了CRP的合成；
（3）对mRNA翻译过程的调控作用：反义RNA与mRNA结合形成双链RNA，使mRNA失活降低蛋白质（酶）的合成水平。反义RNA和靶RNA形成双链RNA后的去向，通常认为会在细胞内迅速降解。
反义RNA的发现启示人们构建人工反义基因与反义RNA系统，用来抑制植物或病毒基因的表达。反义基因的结构通常是在启动子后连接反向cDNA和NOS3’尾巴。已有许多实例证明人工反义基因与反义RNA系统对真核及原核生物具有负调控作用，亦即抑制基因的表达。
1．1 反义RNA介导的抗DNA病毒
由mRNA指导合成的反义RNA能够有效地使基因低水平表达，人们期望通过表达植物病毒的反义RNA使病毒的复制得到抑制。然而，病毒的RNA不同于mRNA，其有着本身的特点。反义RNA策略只对某些病毒类别有效。
DNA病毒有一个DNA转录成RNA的核期，这与mRNA的情况相似，因此反义技术对这类病毒很有一定效果。1991年，Day等首次报道了反义RNA抑制DNA病毒的实验结果。研究中发现表达Geminivirus组番茄金-花叶病毒（TGMV）的AL1基因的反义基因时，有效地抑制了TGMV的复制。他们用转反义TGMV基因的植株做了进一步的抗同组病毒实验，发现转基因植物对甜菜顶卷叶病毒（BTCV）有相当的抗性，而对另一种Geminivirus属病毒非洲木薯花叶病毒（ACMV）则没有抗性。基因组序列分析表明两种病毒与TGMV的反义作用区域都有64％的序列同源性，然而BCTV局部区域与TGMV的反义基因作用的同源性达到82％。这表明抑制相关病毒不要求绝对的序列互补，但同源性必须超过一定的阈值以保证形成双股螺旋。反义策略有希望成为对付DNA病毒的有效方法。
1.2 反义RNA介导的抗单链RNA病毒
单链RNA病毒占植物病毒的75％，达473种之多。早期用反义RNA研究抗植物病毒的实验，实际上是外壳蛋白（CP）介导的保护作用的一种负对照。CP基因以正义和反义两种方式引入植物体。其结果是，在不同转基因植物中分别表达了外壳蛋白的mRNA和反义RNA。用马铃薯病毒X（PVX）作对象，对转基因植物检验抗病性时，只有在接种低浓度病毒时才有抗性，接种高浓度病毒时抗性消失。用黄瓜花叶病毒（CMV）和烟草花叶病毒（TMV）作对象，得到了同样的结果。
利用反义RNA技术作为抗RNA病毒的策略，其效果不佳的原因至少有如下几种；（1）结胞内的隔离。反义RNA和病毒的靶RNA分布在细胞内不同的区域，亦即亚细胞水平的区域不同。转入的反义基因在细胞核中进行转录，而病毒的靶RNA则在细胞质中复制酶合成。可能只有一小部分核内合成的反义RNA能以完整的形态转移到病毒的复制位置。双股螺旋构象是一种双分子效应，要求反义RNA至少以化学当量出现在病毒复制位点。由于细胞质中病毒靶RNA的浓度高而完整的反义RNA的浓度相对低。因此，只有在接种很低浓度的病毒时，才有保护作用。（2）RNA病毒的天然反义链作用。我们知道RNA病毒是通过双链RNA增殖的，不管其基因组是单链正义的还是单链反义的或是双链的，反义RNA的出现是其复制环中不可缺少的一部分。正因为如此，区别正义和反义是困难的。就正义RNA来讲，它们占目前已知病毒的75％，它们的基因组正链是作为mRNA的，而非基因组负链作为正链的模板，两个过程都需要病毒的保护，并且必需被调整，以避免和核糖体翻译及病毒复制酶复制冲突。由于两个过程同时进行，区别正义和反义RNA非常困难。正义RNA可以看成是负链的模板的反义RNA。实际上，每种人工导入的RNA正义或反义RNA，理论上都可以干扰病毒的增殖，只要他们能分别在翻译和复制的过程中与病毒RNA结合。
1.3反义RNA技术用于抗植物病毒的方法改良
已有资料表明，应用反义技术来抑制植物病毒，对于DNA病毒是成功的；而对于RNA病毒，只能获得相当低的抗性。这与双螺旋RNA的构象以及反义基因对应基因组RNA或非基因组RNA的区域有关，可以用来提高抗性的改良方法有如下几种。
优化反义RNA与靶RNA的结合
反义RNA链的长度对抑制基因的效果是重要的。双股螺旋形成过程中将释放能量，RNA链越长，释放的自由能越多。可以认为长RNA作为反义RNA更有效。但是，并没有关于反义RNA长度的一般规则。Nellen和Lichtentein曾指出，反义RNA技术的一个普遍问题是怎样使反义RNA更有效，即怎么样使一个互补RNA成为有效的反义RNA。在植物中，覆盖整个cDNA的反义RNA能够有效地抑制基因表达。但是，与5’端或3’端部分mRNA互补的反义RNA效果同样好，最小的反义ANA只有41个核苷酸。
反义RNA的二级结构对双螺旋的形成至关重要，因为形成双链结构必须克服正义和反义RNA本身的二级结构，比潜在自由能的绝对量更重要的是形成双螺旋的作用能量，双螺旋构象是自动力学控制的，而不是由释放的自由能的绝对量变制的。原核生物中自然发生的RNA可以很好的说明RNA结构与形成双螺旋构象的速度之间的复杂关系。Simons和Kleckner指出：许多非常有效的反义RNA通常较短（约70个核苷酸）含有一个典型的茎环结构。例如，大肠杆菌R1质粒的拷贝数受反义RNA copA的控制，Nordstroem和合作者详细研究了这一系统，其正义和反义RNA由同一DNA编码，但以相反方向转录。因此，一条链点突变不能改变这两种RNA的互补性。但是，当同时改变正义和反义RNA环区时，虽然两条RNA链完全互补，但结合率下降了三至四倍。与此同时，质粒拷贝数却增加了。很显然，结合率受正义和反义RNA二级结构的影响。两条RNA链形成及股螺旋的初始“吻合”结构非常重要。
在优化反义RNA的实际长度以前，可以用计算机辅助分析靶RNA，以寻找有效的靶RNA序列，通过设置一个50-400核苷酸的窗口，Rittner等人设计了基因组和非基因组HIVRNA的能量，这些能量反映区域折叠能力I。观察到高△G值（低自由能）区域与抑制HIV复制的最有效区相对应。
延长反义RNA的半衰期
原核生物中自然发生的反义RNA极其稳定，可能是由于它们特殊的茎环结构保护它们免受核酸外切酶的降解。据报道，通过控制插入序列IS10约RNA-OUT能在体内稳定存在70分钟，达三代之久。在反义RNA的末端加上这些保护性的茎环结构可以减少核酸外切酶的降解。Bourque和Folk（1991）报道了一个变通方法，即把反义RNA与tRNA联接起来，用一个依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅲ特异启动子来表达。
在细胞质中表达反义RNA
另一个能够获得高水平表达反义RNA的方法是利用一个游离的复制系统在细胞质中表达反义基因。这种系统不同于转基因到细胞核内染色体上。已有几个应用植物RNA病毒作为载体的系统，可以在细胞质中表达反义RNA。Joshi等（1990）用萤火虫萤光素酶基因代替了大麦条斑病毒（BSMV）RANβ的开放阅读区b，并且在转染烟草和玉米原生质体时表达；Donson等（1991）用一个以TMV为基础的载体来产生细菌新霉素磷酸转移酶（NPTII）。Chapman等（1992）应用马铃薯病毒X（PVX）为载体表达了β-葡萄糖苷酸酶（GUS）。Dolja等（1992）把GUS插入到烟草蚀刻病毒（TEV）的多聚蛋白中，得到了表达。因此，在这样的系统中表达反义RNA是完全可行的。本文作者与合作者（2000）借助于Chapman等的PVX载体表达系统，在野生烟草（N. clevelandii）细胞质中成功表达了对应于plum pox virus（PPV）的反义RNA和酶性RNA。这为在细胞质中抑制RNA病毒的复制研究奠定了良好的基础。
二、酶性RNA介导的抗病毒
酶性RNA亦称核酶，它是一类具有催化功能的RNA分子，能够在分子内或分子间切割RNA分子特定序列的磷酸二脂链，诺贝尔奖得主CECH为这类RNA定名为RIBOZYME。迄今，自然界中已发现了六类核酸。目前用于抑制病毒复制或内源基因表达的核酶主要为锤头型结构和发卡型结构。
HASELOFF和GERLACH（1988）首次应用锤头型RNA的催化结构，非可逆地切断了异体的底物RNA（靶RNA）。与反义RNA相似，核酶具两个侧臂与靶RNA互补，但是在两个侧壁之间有一个具有催化作用的结构区。他们设计的核酶在选择切点上只有非常小的序列要求。只是需要靶RNA中出现三个核苷酸的可切割序列，例如GUC。一个靶特异性的酶性RNA包括催化区和反义序列区 （3′端和5′端侧臂）。反义序列区使核酶容易与靶RNA结合，并且使催化结构区与靶RNA三核苷的可切割序列处相对应。催化结构区两侧的反义序列区的长度影响结合的特异性及稳定性，但是结合的特异性并不随着两侧臂序列的增长而无限增加。由于具有催化RNA断裂的作用，它们能被人工合成并用来切断特定的靶RNA，类似于反义ANA，核酶能够与特异靶RNA结合，其优于反义RNA之处在于酶性RNA可以催化互补RNA的特定断裂，从而阻止了mRNA的翻译或病毒RNA的复制。
不同侧臂长度对锤头型核酶的离体和活体切割活性是不同的。有实验报道，体外动力学测定切割活性最高的核酶，在体内对病毒复制的抑制效果并不是最佳的，体内最佳抑制活性的臂长长于体外最佳切割活性臂长。
核酶抑制病毒复制报道已有多例。Tabler与G．Sczakiel实验室合作，把催化结构区插入到HIV-I反义RN-段中。在转染实验中，Homann等（1993）证明催化反义RNA抑制HIV-I复制的效率比对应的反义RNA对照高4-7倍。而且，当去掉催化反义RNA的一个核苷酸而使其丧失切割活性时，只有相当于反义RNA的抑制效率。这充分证明催化反义RNA的切割活性能提高抑制基因的效率，YANGXICAI等人工合成了对应正链和负链PSTV的核酶，在转基因马铃薯中有效地阻止了PSTV的复制。其中，在表达了对应负链靶区的一种核酶的转基因植物体内，达到了对PSTV的免疫效果。刘博林等（2000）利用PVX载体在细胞质中表达核酶，其对靶病毒的抑制效果超过了反义RNA对照。
三、双链RNA介导的抗病毒
在某些生物体中的双链RNA（dsRNA）可以作为一种基因特异沉默的信号。这种现象在Caenorhabditis elegans中首先观察到，Fire等（1998）注射特定基因的双链RNA到细胞中可以导致基因沉默。双链RNA（dsRNA）亦能够特异抑制植物基因表达和病毒的复制（Vionnet et al．1998；Waterhouse et al．1998）。尽管其机理尚未明了，但是似乎存在一种普遍的规律。
Waterhouse等构建了PVY双链RNA表达载体，成功地在烟草中表达了双链RNA，研究表明一些表达双链RNA的工程植株达到了对PVY的免疫抗性。作者把这种现象称为双链RNA介导的转录后调控水平上的抗性。
四、卫星RNA介导的抗病毒
卫星RNA是一类分子量较低的RNA，它依赖病毒基因组的复制而复制。Baulcombe等将CMVI-17N的卫星RNA的cDNA借助Ti质粒转化到烟草的染色体上，转化的植株生长正常，无病害症状，经过分子杂交证明有卫星RNA存在。用CMV攻毒后，发现有大量的卫星RNA被合成，只在早期幼嫩叶片（第1-3片）上产生斑驳，此后的叶片不产生花叶症状，深入研究发现，卫星RNA可以干扰病毒基因组的复制，使工程植株得到保护。这个策略的缺陷在于，只有在病毒侵入植物体内，建立初步感染后才能建立抗性，即晚期抗性。
五、其他抗病机制与应用
除上面介绍的几种机制外，如何增加工程植株的抗病性是国内外科学家不断探索的问题。大量的方法被尝试，并且取得了一些结果。这些方法包括：1）外壳蛋白介导的抗病毒；2）病毒复制酶介导的抗病毒；3）抗传播媒体（昆虫等）基因介导的抗病毒；4）病毒蛋白质抗体基因介导的抗病毒。
六、结束语
自1986年Beachy等利用外壳蛋白质策略获得抗TMV烟草工程植株以来，人们采用了多种策略来获得抗病毒工程植株，这些植株具有对病毒不同程度的抗性。然而，也应该看到这些策略的局限性和潜在的危险性。温室条件下的结果有时会令人满意，但进入大田后多种病毒的多次感染使得抗性水平大大降低。转CP基因的工程植株中的RNA重组作用、异体包壳作用，可能造成新型病毒粒子的出现。因此，在进行推广应用时应该慎重行事。
植物和病毒的相互作用是一个值得深入研究的课题，病毒与寄生之间相互作用分子机理的揭示，有助于发明更好的抗病毒技术，实现对病毒的高抗或免疫。
作者认为，抗病毒工程植株的推广应用应该与常规育种系统相结合，纳入常规育种和良种繁育体系。具有特异抗病毒性状的新种质与综合农艺性状好的新品种的有机结合，才能够真正在生产上起到应有的作用。
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