Nature：新技术可揭示环境变化如何影响活细胞中的RNA结构

在一项新的研究中，来自英国约翰内斯中心的研究人员开发出一种创新技术，利用它可揭示环境条件对活细胞中RNA动态结构的影响。这一结果增加了人们对在细胞水平上对环境信号的反应的理解。这使人们有可能利用这些知识对农作物进行微调或开发基于RNA的疾病疗法。相关研究结果于2022年8月17日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“In vivo single-molecule analysis reveals COOLAIR RNA structural diversity”。

以前的研究已表明两个重要的遗传因子COOLAIR和FLC相互作用，调节植物对温暖和寒冷的分子反应。但是不清楚COOLAIR的RNA结构如何有助于调节FLC---植物开花的一种抑制因子。

这些作者开发了一种称为“RNA结构谱（RNA structure-profiling）”的新技术，能够在活细胞中以单分子的分辨率对RNA结构进行分析。使用这种技术使他们能够观察到RNA的结构变化。在温暖的条件下，COOLAIR RNA采用三种主要的结构，而且这些结构和比例在植物暴露于低温后发生了变化。他们注意到，COOLAIR的一个高变区的RNA构象变化改变了FLC的表达。通过在这个RNA区域的序列中引入突变，他们能够改变植物的开花时间。

论文共同通讯作者、约翰内斯中心的Yiliang Ding博士说，他们的“研究表明，RNA可以采取不同的构象，或者说结构。这些不同的构象会随着外部条件的变化而动态变化。在这项新的研究中，通过调整COOLAIR RNA的结构，我们改变了植物的开花时间”。

对RNA结构如何影响RNA功能的理解，以及在RNA细胞水平上改造植物基因组的能力，增加了设计具有更理想的农艺和营养特性的作物类型的可能性。这些作者表示，这种新的技术也可以应用于人类细胞，在那里RNA结构可以作为设计基于RNA的疗法的指南。

smStructure-seq（基于单分子的RNA结构测序）捕获不同转录本亚型的RNA二级结构信息，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05135-9。

论文共同第一作者Pan Zhu博士说，“每种RNA都可能有自己的RNA结构景观和构象多样性。我们的技术将使我们能够探索RNA结构在SARS-COV-2等感兴趣的RNA中普遍存在的功能重要性。”

在基因表达的过程中，DNA先被转录成RNA，然后RNA被用来制造蛋白。RNA是单链的，不过近期的研究工作强调了它的结构多样性，以及这些结构如何影响基因调节和蛋白合成。

在植物中，FLC作为开花的抑制分子，是一种确保植物只有在达到所需的冷暴露水平时才会开花的分子机制的关键部分。COOLAIR与FLC是反义的，与FLC结合后可阻止后者在冷暴露后转录。对这些机制的了解将是理解气候变化后果的关键。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Caroline Dean et al. In vivo single-molecule analysis reveals COOLAIR RNA structural diversity. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05135-9.