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转录后基因沉默(PTGS)是一种普遍存在于真核生物的特异性mRNA降解机制，在调控内源基因表达和抵御外源核酸入侵等过程中起重要作用。PTGS过程中的大部分机制已了解的比较清楚，但是异常RNA(aberrant RNA)的产生，即PTGS的触发机制仍不十分清楚。 本研究重复证实了非同源基因诱导的PTGS现象，并进一步解析了其作用机制。我们采用农杆菌注射法，苏云金芽孢杆菌的野生型Cry1Ac(BTW)基因有效诱导了本氏烟草16e中的转基因GFP(intGFP)的系统沉默，而阴性对照不能引起intGFP的沉默。分子检测结果显示，BTW在注射叶片中有效转录，并且引起系统沉默叶片中intGFP的转录和翻译水平的显著下降。替换BTW的调控序列后，BTW仍能诱导intGFP的系统沉默，表明非同源基因诱导的PTGS主要是由编码序列决定而不取决于它的调控序列。 进一步，我们通过删除起始密码子ATG或在5 UTR插入茎环结构阻抑BTW的翻译，注射结果显示，与原初的BTW相比，阻抑翻译的BTW明显降低了intGFP的系统沉默植株(SSP)的频率，表明非同源基因诱导的PTGS与翻译过程相关。接下来，我们注射了密码子优化的Cry1Ac(BTM)基因，它完全不能诱导intGFP的系统沉默，而注射BTW诱导了较高频率的SSP，表明非同源基因BTW中存在的稀有密码子是触发intGFP系统沉默的关键因子。进一步，通过干扰烟草Dom34和Hbs1基因的表达来抑制稀有密码子介导的未成熟转译终止，伴随着Dom34和Hbs1基因的抑制，BTW基因诱导的SSP的频率显著下降，表明非同源基因BTW诱导的PTGS是由稀有密码子介导的未成熟转译终止引起的。同时，在我们的所有实验中都使用同源基因epiGFP作为阳性对照，对应的实验结果表明，其作用机制是相同的。 在BTW和epiGFP诱导的系统沉默叶片中明显检测到GFP siRNAs的存在，而在注射BTM和其它对照的相应叶片中不能检测到GFP siRNAs。BTW或epiGFP分别与三个沉默抑制子HC-Pro、p19和p25共注射，都显著或完全降低了SSP的频率。在另一实验中，注射BTW或epiGFP到RDR6下调表达的烟草株系16c/RDR6i中，均未引起任何的intGFP沉默。上述结果表明，非同源基因BTW诱导的intGFP系统沉默，与同源基因epiGFP一样，借助于siRNA介导的基因沉默途径。值得注意的是，注射BTW的dsRNA不能诱导intGFP的系统沉默，排除了BTW siRNA直接靶向intGFP引起其沉默的可能性。 进一步，小分子RNA(sRNA)的比较转录组学分析发现，匹配到intGFP基因的reads数目和散布模式在BTW和GFP两个文库中几乎相同。三个sRNA文库的reads数目相关性分析显示，排除GFP基因的sRNAs后，三个文库呈现高度的相似性，而包含GFP基因的sRNAs后，BTM文库与GFP和BTW文库的相关性显著下降，但后两者仍显示高度的相似性。此外，SOAP比对结果发现，匹配到四个高丰度的内源基因的reads数在三个文库中没有明显差异;匹配reads数较高的前十位基因的reads数目也相似且在三个文库的排列顺序高度一致。上述结果表明，非同源基因或同源基因诱导的基因沉默组织中，仅转基因GFP被特异地沉默，而内源其它基因几乎没有影响。 综上所述，本研究建立了一种基于稀有密码子介导的未成熟转译终止的基因沉默模型，揭示了一种新的PTGS触发机制，即aberrant RNA的产生。机体的mRNA decay途径会优先降解aberrant RNA，一旦aberrant RNA的产生速率超过mRNA decay介导的降解速率时，它将被处理成siRNA而介导PTGS途径。因此，这个模型阐明了PTGS触发、mRNA decay途径和siRNA介导的PTGS途径三者之间的相互联系，与我们所有的实验结果相吻合，不但能很好的解析非同源基因诱导的PTGS，也可以解释同源基因诱导的PTGS。同时，这个模型全面描述了转录后基因沉默和基因表达的调控，为了解包括生物防御和细胞监控在内的各种生物学现象提供了一个新视角。