自然通讯:发现新的植物RNA冷冻源

低温胁迫是制约植物分布的主要环境因素之一。感知低温信号是植物适应低温环境的基础。为了适应低温环境，植物表现为生长缓慢，开花延迟。植物冷受体的鉴定是分析植物低温感受分子机制的关键。

中国科学院分子植物科学卓越与创新中心杨晓飞研究组/中国科学院-JIC植物与微生物联合研究中心，东北师范大学教授张一坤，英国约翰英尼斯中心(JIC)丁一秀研究组合作《自然-通讯》 (Nature Communications)。他发表了一篇题为《RNA g-四重x结构对植物冷适应的贡献》的论文。

大分子依赖于温度的结构变化决定了生物大分子，如蛋白质和核糖核酸，起着细胞温度计的作用。为了找到与温度感知相关的RNA结构域的特征，研究小组研究了1000个植物转录组项目(1KP)的RNA序列。906种陆生植物与环境因子的相关性分析表明，生长在低温地区的植物RNA普遍富含鸟嘌呤。鸟嘌呤(G-rich)序列在体外可以折叠成RNA G-四链体(RG4)的特殊结构，耐寒植物中存在较多的RG4结构，提示富G-rich序列与植物的耐寒性有关。

为了探索RG4折叠与冷反应的关系，研究人员在低温下将拟南芥作为模式植物，通过SHALiPE-seq(一种先前开发的RG4检测方法)在体内定量检测RG4折叠。结果表明，低温处理显著诱导了植物RG4结构的折叠，证明植物RG4具有感知低温的能力。对拟南芥mRNA降解组的数据进行系统分析，发现含有RG4的mRNA在低温诱导下降解速率明显下降，提示RG4可能抑制了mRNA的降解。为了验证RG4结构在mRNA降解中的作用，研究小组选择了一个受低温显著诱导的RG4基因，并将其命名为CORG1。含有RG4结构的野生型wtRG4-corg1可通过碱基置换将g突变为a而突变成不能形成RG4结构的mutRG4-CORG1基因。进一步研究发现，冷胁迫下mutRG4-CORG1的降解速率明显高于wtRG4-CORG1，证明低温诱导的RG4结构的形成抑制了mRNA的降解。同时，低温对mutRG4-CORG1转基因植株的生长抑制作用明显弱于wtRG4-CORG1的拟南芥，表明RG4的结构突变降低了植物对低温的敏感性。

综上所述，低温处理诱导植物mRNA的RG4折叠，进一步选择性抑制mRNA的降解，从而减缓植物在低温环境下的生长速度。转录组中RG4结构的选择性富集有助于陆生植物感知低温信号，促进植物对冷环境的适应性进化。到目前为止，本研究中首次发现RG4结构抑制mRNA的降解，阐明了RG4结构新的分子调控功能，RG4结构是植物中发现的第一个RNA低温受体。美国哈佛大学和耶鲁大学的研究人员同时研究了动物细胞。表明各种应激因素(如低温、饥饿)促进3 UTR RNA的结构折叠，提高mRNA的稳定性(https://www . bior XIV . org/content/10.1101/2022 . 03 . 03 . 482884 v1)。这些研究表明，环境依赖性RNA结构折叠作为一种应激受体，广泛存在于自然界中。

耐寒植物中RG4的富集提高了植物感知冷环境的能力。