《Nature》创新技术发现环境变化影响活细胞的RNA形状

通过创新技术，揭示了环境条件对活细胞中RNA动态结构的影响。

　　

这项研究是Dame Caroline Dean FRS教授和Yiliang Ding博士团队合作的结果，增加了我们对细胞水平对环境信号的反应的理解。这增加了我们利用这些知识来微调作物或开发基于RNA的治疗方法的可能性，如COVID-19 (SARS-COV-2)。

这些研究小组之前的研究表明，两个重要的遗传元素COOLAIR和FLC相互作用，调节植物对冷暖的分子反应。但COOLAIR的RNA结构如何参与调控植物开花的基因刹车FLC，目前尚不清楚。在基因表达过程中，DNA被转录成RNA，然后RNA被用来制造蛋白质。RNA通常被称为“细分子”，因为它是单链的，但最近的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控和蛋白质合成。在植物中，FLC起着阻止开花的作用，它是一种分子机制的关键部分，确保植物只有在达到所需的低温暴露水平时才开花。COOLAIR与FLC反义，在低温暴露后与FLC结合并阻止其转录。了解这些机制将是理解气候变化后果的关键。

小组的研究人员开发了一项新技术，能够在活细胞中单个分子的分辨率上分析RNA结构。利用这项技术，他们可以观察到RNA结构的变化。在温暖的条件下，COOLAIR RNA采用三种主要结构，这些形状和比例在植物暴露在低温后发生了变化。他们注意到，在COOLAIR的一个高可变区域，RNA构象的改变改变了FLC的表达。通过在这个RNA区域的序列中引入突变，研究人员能够改变植物的开花时间。

Ding博士说:“我们的工作表明，RNA可以采用不同的构象或结构。这些不同的构象会随着外界条件的变化而发生动态变化。在这项研究中，通过调整RNA结构，我们改变了植物的开花时间。”

了解RNA结构如何影响RNA功能，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农艺和营养性状的作物类型的可能性。该组织表示，这项技术也可以应用于人类细胞，其中RNA结构可以作为设计基于RNA疗法的指南。

第一作者Pan Zhu博士说:“每一种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相关RNA(如SARS-COV-2)中RNA结构的普遍功能重要性。”

该小组现在将寻求与基于RNA的工业或学术合作者分享他们的新技术。

Minglei Yang, Pan Zhu, Jitender Cheema, Rebecca Bloomer, Pawel Mikulski, Qi Liu, Yueying Zhang, Caroline Dean, Yiliang Ding. In vivo single-molecule analysis reveals COOLAIR RNA structural diversity. Nature, 2022