2025年10月27日，东北师范大学张铧坤教授团队在Plant Communications杂志在线发表了题为“In vivo RNA structure influences the translation and stability of plant long noncoding RNAs”的研究论文。这项研究综合利用体内RNA结构组学测序、翻译组学和降解组学技术，首次在双子叶模式植物拟南芥和单子叶作物小麦中，系统阐明了长非编码RNA（lncRNA）的体内二级结构是其翻译效率和RNA稳定性的核心调控因子。该研究绘制了全面的植物lncRNA特征与调控图谱，为理解植物非编码RNA的转录后调控机制提供了全新视角。
研究背景
长非编码RNA（long noncoding RNA, lncRNA）是长度超过200个核苷酸的功能性RNA分子，在植物生长发育和逆境响应中扮演着重要角色。然而，与蛋白质编码基因相比，植物lncRNA的研究大多集中于其转录水平调控，而对其转录后命运，包括翻译效率与在细胞内的稳定性，仍知之甚少。RNA分子在体内会折叠形成复杂的二级结构，这种结构层面上的保守性可能比序列本身更为重要。系统揭示植物lncRNA的体内结构特征，并解析其如何影响lncRNA的翻译与稳定性，是当前领域面临的重要科学问题。
研究内容
对拟南芥和小麦中的lncRNA进行了系统的分类和特征分析。研究发现，尽管两类植物的lncRNA在类型分布上相似（都以“同链型（same-strand）”为主）（图1B），但在转录本长度、GC含量和体内RNA结构稳定性上存在显著物种差异（图1C）。此外，lncRNA序列在各自的进化支系（十字花科和禾本科）内部表现出中等程度的保守性（图1C）。
图1 拟南芥和小麦中lncRNA的关键特征
随后，探究了lncRNA中保守的RNA二级结构基序。研究发现，在拟南芥和小麦中分别有33%和60%的lncRNA含有至少一个保守的RNA结构基序，同时拟南芥和小麦中大多数保守基序很可能在体内折叠（图2A），保守的RNA二级结构基序倾向于稳定折叠（图2B）。拟南芥lncRNA AT2G01010和小麦lncRNA TraesLNCUn48900就是这种趋势的例证（图2C, D）。这些基序在体内能够稳定折叠，并且其结构确定性远高于lncRNA的其他区域，表明RNA结构在进化中可能受到功能性的选择。
图2 拟南芥和小麦单个lncRNA的体内RNA二级结构及保守结构基序
全面绘制了植物lncRNA的翻译和稳定性景观。研究发现相当一部分lncRNA被活跃翻译，且其翻译效率（TE）和稳定性（半衰期）均呈现多样性。通过相关性分析，确定了体内RNA二级结构是影响lncRNA翻译效率和稳定性的最主要因素：结构越松散（单链区多），翻译效率越高但稳定性越差；结构越稳定（双链区多）则反之（图3、4）。
图3 拟南芥和小麦中植物lncRNA的翻译景观
图4 拟南芥和小麦中lncRNA的RNA降解景观
最后，本研究系统性地鉴定了与lncRNA翻译效率相关的RNA结构基序（RNA structural motifs, RSMs）。在拟南芥和小麦中分别识别出310和626个与翻译相关的RSMs，其中多数为抑制翻译的基序（low-TE RNA Structural Motifs, lRSMs）。这些基序显著富集在lncRNA的3’末端，这与通常认为翻译调控主要发生在5’端的mRNA有所不同（图5）。同时还系统性地鉴定了与lncRNA稳定性相关的RNA结构基序。在拟南芥和小麦中分别识别出177和283个与稳定性相关的RSMs，其中多数为促进稳定的基序（stable RNA structural motifs, sRSMs）。与翻译相关的基序类似，这些稳定性相关的基序也主要富集在lncRNA的3’末端，暗示了3’端结构在RNA降解调控中的普遍重要性（图6）。
图5 系统鉴定调控拟南芥和小麦lncRNA翻译效率的RNA结构基序
图6 系统鉴定与拟南芥和小麦lncRNA稳定性相关的RNA结构基序
研究团队
东北师范大学张铧坤教授为本文通讯作者，团队董芊里讲师为论文的第一作者。英国约翰英纳斯中心丁一倞教授与团队博士研究生杨毕波，东北师范大学张铧坤团队博士研究生孙文青、梁杰、邢千龙、任兰英，博士后李莹莹均为本研究做出贡献。本研究由国家重点研发计划（2021YFF1000900）、国家自然科学基金（32170229）、中央高校基本科研业务费（2412025QG003）、英国生物技术与生物科学研究理事会（BB/X01102X/1）、BBSRC博士培训奖学金（2578674）、欧洲研究委员会（EP/Y009886/1）以及国家留学基金委（202206620047）共同资助。
文章连接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101575
原文转载自：https://mp.weixin.qq.com/s/i4I3YCJebR-GR63JPM_NLg