RNA分子具有编码蛋白信息的功能，还是遗传信息传递的重要介质。三维空间上的折叠赋予RNA分子催化、调控、感知和结构支架等功能。RNA结构的算法预测、全局RNA结构图谱绘制、3D RNA结构的分子解析将有助于研究RNA在各种生理和病理过程中的功能及其调控机制。近几年来，已经开发了一系列新技术来解码全基因组体内RNA结构，阐析了新的功能范式，为研究RNA结构介导的疾病发生机理及相关疾病的预防与治疗提供了理论与应用基础，也为基于RNA结构的农作物性状形成分子基础和改良提供了重要线索。
近日，《中国科学：生命科学》英文版（SCIENCE CHINA Life Sciences）在线发表了由浙江大学金勇丰统筹，清华大学方显杨、张强锋，香港城市大学郭骏杰，浙江大学任艾明、王智烨，中国科学院生物物理研究所薛愿超，东北师范大学张铧坤，武汉大学周宇，以及英国约翰英纳斯研究中心丁一倞，新加坡基因组研究院Wan Yue等21位科研人员联合撰写的RNA结构前沿进展大综述“Recent advances in RNA structurome”。该综述以超长篇幅（近2万字，330多篇文献）系统性梳理了RNA结构解码的关键策略及其在微生物、动物和植物中的详细生物学功能。
➤ 该综述第一部分为“Global mapping of RNA secondary structures”。该部分详细总结了绘制RNA二级结构全转录组图谱（图1）和RNA G-四链体结构图谱（图2）的关键策略。同时，全面列举并比较了不同策略的详细信息，优缺点，以及应用方向，并介绍了这些新技术在探索严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)RNA基因组的结构图谱中的应用进展。
图1 RNA二级结构探测方法示意图
图2 RNA G-四链体结构以及代表性rG4结构全局检测技术
➤ 第二部分为“Global mapping of RNA spatial conformations and interactions”。该部分详细总结并比较了全景式解析RNA空间构象以及由RNA结合蛋白(RBPs)介导的RNA-RNA相互作用的高通量技术，并讨论了当前方法存在的问题与挑战（图3）。
图3 基于RBP的RNA空间相互作用全局构图的方法
➤ 第三部分为“3D structure determination of RNA”。该部分重点总结了解析RNA 3D结构的多种生物物理方法、生物化学方法以及理论计算预测方法的基本原理和详细进展，并系统性的比较了不同RNA 3D结构解析策略的优缺点，展望了未来通过多途径数据资源的整合计算模拟以及借力人工智能和深度学习技术将有助于计算和优化RNA的3D结构模型（图4）。
图4 用于获取RNA 3D结构信息的实验策略和计算方法
➤ 第四部分为“The functionality of RNA structures in microorganism”。一方面，文章介绍了RNA结构元件在病毒复制，RNA转录，蛋白翻译，以及病毒包装与分离等过程中的生物学功能（图5）。另一方面，总结了RNA结构参与调节细菌各生化过程的详细功能，包括RNA结构在基因的转录与翻译、氨基酸饥饿感知，温度感知以及pH感知等生理过程中的作用（图6）。
图5 代表性病毒中的功能性RNA结构的作用策略
图6 细菌中的功能性RNA结构的作用策略
➤ 第五部分为“The functionality of RNA structures in animal”，详细介绍了动态RNA结构在可变剪接与反向剪接，蛋白翻译，mRNA降解等多种转录后调控过程中的关键功能（图7）。
图7 转录后调控中的动态RNA结构
➤ 第六部分为“The functionality of RNA structures in plant”。该部分系统性总结了植物RNA结构领域的方法学和功能研究的最新进展（图8），重点概述了RNA结构在植物生长和发育（图9）以及植物应对不同环境胁迫中的功能（图10）。
图8 植物中RNA结构功能的分子基础示意图
图9 RNA结构在植物生长和发育中的功能
图10 RNA结构在植物响应非生物胁迫中的作用
最后，文章讨论了未来旨在破解RNA结构密码的技术发展趋势，如深度学习和整合方法，指出了可能需要研究的详细机制，并展望了未来RNA结构在人类疾病靶向治疗以及作物改良中的潜在应用。
论文链接：
https://doi.org/10.1007/s11427-021-2116-2
原文转载自公众号：中国科学生命科学