非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）包括小RNA（small RNA）和长非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA），因不能编码蛋白质而被称为基因组中的“暗物质”或“垃圾RNA”。近些年的研究证明，非编码RNA在许多生命活动过程中扮演着重要角色。该领域的研究也是近期最热的生物学课题之一，曾被Science杂志评选为本世纪前10年的十大科学突破之一，层出不穷的研究结果不断地刷新着人们对非编码RNA的认识。
目前，多种ncRNA以及它们的功能已被发现：包括已被熟知的转运RNA（tRNA），核糖体RNA（rRNA）和微小RNA（miRNA），以及知之甚少的Piwi蛋白互作RNA（piRNA）和lncRNA。当越来越多有关ncRNA的谜团被揭开，科学家们正寻求新的方法和技术进一步探究ncRNA的神秘仙境。著名生物学家林海帆和戚益军向《国家科学评论》（National Science Review，NSR）讲述了他们关于ncRNA的研究和见解
林海帆：确实，“爆炸”这个词生动地形容了这个现象。过去十年内，对这个领域的研究扩展得很迅速，这归因于深度测序技术的发展和多个基因组计划的完成。深度测序技术给我们提供了机会，去有效地捕捉这类易被忽视的ncRNA，并研究它们的特征。当诺贝尔奖得主Robert W. Holly首次发现tRNA的时候，他用了140公斤烘焙用的酵母，最后只提纯到1克可用于测序tRNA，而且只分析了70几个核苷酸。相比之下，如今仅需1微升的溶液就足以进行百万核苷酸的深度测序。而且，人类基因组计划以及其他基因组计划的完成，为基因研究提供了地图和坐标。
戚益军：过去的十年，基因芯片和深度测序的高通量测序技术的分析结果显示，大多数基因组DNA序列都发生RNA转录，但只有不到2%的序列是用于编码蛋白质的。换句话说，我们染色体中98%的DNA是不编码蛋白质的。这些序列之前被认为是“垃圾DNA”或“暗物质”，如今已是奇妙的宝藏，正是它们诞生出了参与广泛生物学过程的、大量的小RNA和lncRNA。
林海帆：这就是科学进步的一个非常典型的例子。当观察到新现象，它会引领你去探究其潜在的决定机制，继而提出合理的假设，再去全面系统地验证它。
NSR：林教授，您关于干细胞的工作始于激光束和突变果蝇的研究，现在您在研究piRNA调控干细胞潜能和发育的分子机制。这是研究ncRNA的代表性思路吗？
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林海帆，耶鲁大学干细胞研究中心教授。（供图：Terry Dagradi, Yale University)
林海帆：我们关于ncRNA的研究思路是从生物学功能开始，或者说是自上而下地进行。我们首先尝试去发现一个重要的生物学问题，就是干细胞自我更新的机制。然后用遗传学方法去确定参与这个过程的关键基因。遗传学方法之所以非常有效，是因为当一个基因越重要，通常它的表型就越明显，因此也就越容易被发现。
我们的研究是这样做的。为了研究干细胞，首先需要确定哪些细胞是干细胞。为此，我们把一只果蝇的卵巢尖移植到另一只果蝇体内，结果甚至可以在雄性果蝇中长出卵巢，这证明了卵巢尖里有干细胞。然后我们把这种移植技术与激光消除技术相结合，使我们可以在卵巢生殖系里找到干细胞并观察干细胞分裂现象。接着我们想知道是什么在控制干细胞分裂，为此我们首先找到了参与这个生物学过程的基因。我们的假设是，对干细胞分裂或分化至关重要的基因，如果不是表达在干细胞内部，就是表达在干细胞外部，或者两者皆有。如果这些基因的任何一个发生突变，应该就能导致干细胞分裂或分化，出现相应的缺陷。由此我们发现了数个对干细胞自我更新或分化很重要的基因，其中的一个就是Piwi。在不同物种中，关于Piwi-like基因的研究使我们发现了Argonaute/Piwi基因家族，它是第一个、也是目前唯一的一个已知的在动植物界干细胞自我更新都必需的基因家族。然后我们用遗传学方法进一步明确了与Piwi基因互相作用的其他调控干细胞的基因。在确定的8个互作基因中，之后发现有4个编码piRNA。
除了遗传学方法，ncRNA研究中还有其他三个重要的常用方法：生物化学方法、基因组学法，和方法学开发。
生物化学方法旨在找到细胞或组织中的特定分子并分析其功能。可以说是一种自下而上的研究方法。当使用这种方法时，人们更多会发现那些稳定的或有足够丰度的分子，但最初并不知道其生物学意义。尽管如此，生物化学法仍是一种跟进遗传学发现的重要方法。
基因组学方法包括用电脑协助搜寻基因组，定位ncRNA，获取与它们可能的调控功能相关的信息。但并不局限于这些。
方法学开发同样很重要。比如DNA测序技术的进步就已帮助发现了更多的ncRNA。
这四类方法其实是互相交织使用的，它们都有一个共同的目的：解释生物学问题。益军是一个非常出色的榜样，他的研究有效的结合了这些方法，使他在ncRNA领域做出了重要的发现。
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