一種稱為COOLAIR的特殊核糖核酸(RNA)正在向科學(xué)家展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，與RNA分子機器顯示出驚人的相似之處，以前被認為局限于細胞蛋白質(zhì)工廠(“核糖體”)和不僅僅是一串RNA的技能。“我們正在揭開植物記憶的細節(jié)，”洛杉磯阿拉莫斯國家實驗室的Karissa Sanbonmatsu說，他是本周在Cell Reports上發(fā)表的一篇新文章的第一作者。

在過去五年左右的時間里，被稱為“垃圾DNA”的細胞中的材料實際上并不是垃圾。相反，它被證明產(chǎn)生RNA分子，其在胚胎器官的發(fā)育中起關(guān)鍵作用，并且影響癌癥，腦功能和植物生物學(xué)?？茖W(xué)家探索的一個關(guān)鍵領(lǐng)域是植物如何知道何時開花的表觀遺傳學(xué)。

在表觀遺傳學(xué)中，環(huán)境可以產(chǎn)生一代代傳承下來的生理變化; 然而，細胞的DNA序列永遠不會改變并保持完全相同。Sanbonmatsu指出，植物是理想的模型系統(tǒng)，允許研究表觀遺傳記憶(其中一代細胞記憶上一代細胞發(fā)生的事情)。

在本文中，重點是一個名為COOLAIR的RNA串，它控制著春天植物開花的時間，因為它可以感知植物暴露于寒冷的時間。當關(guān)閉或去除這些RNA時，植物根本不會開花。

“與植物的葉子，莖和根的其余部分的工作結(jié)構(gòu)相比，花可能看起來很無聊，但它們實際上是開花植物生存的關(guān)鍵，”Sanbonmatsu說。

“事實上，植物繁殖成功的關(guān)鍵取決于在春天開花的精確時間。我們的發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)里面COOLAIR機械子，是一大片的證據(jù)表明，RNA的可能更像機器，他們在這個實施協(xié)助內(nèi)部日歷，“她指出。

這種開花時間產(chǎn)生了一種奇怪的現(xiàn)象，即植物在暴露于寒冷天氣一定天后才開花：植物有效地記住了多少天前冬天的死亡。

“沒有擁有大腦或中樞神經(jīng)系統(tǒng)，他們究竟如何記住這一點是很神秘的。很多人都把錢投入到RNA上，這是DNA的分子表親，”Sanbonmatsu說。巨大的RNA分子被認為在這個過程中發(fā)揮了重要作用，但沒有人知道它們的樣子或它們是如何工作的。洛斯阿拉莫斯 - 英國合作產(chǎn)生了這種分子的第一個二維圖譜之一。這種名為COOLAIR的分子現(xiàn)在被認為是植物記憶難題的關(guān)鍵部分。

COOLAIR是一類稱為長非編碼RNA的分子之一(lncRNA，發(fā)音為“link RNA”)。雖然已經(jīng)證明許多這些lncRNA對重要的生物過程至關(guān)重要，但它們的確切功能尚不清楚。研究人員開始明白，lncRNA似乎可以控制植物和哺乳動物表觀遺傳學(xué)和發(fā)育過程中的各種表觀遺傳過程。

COOLAIR似乎是阻遏物的阻遏物，幫助控制內(nèi)部傳感器，告訴植物是時候停止開花過程，天氣似乎趨于開花時間。第一個阻遏物是一種叫做FLC(開花基因座C)的蛋白質(zhì)。這種抑制因子在秋冬季節(jié)開始開花。COOLAIR反過來壓制FLC，允許開花，但僅在暴露于低溫4-6周后才開花。

“這項工作引發(fā)了關(guān)于非編碼轉(zhuǎn)錄本在序列水平上不保守的功能意義的爭論，這正是刺激這項工作的原因，”該論文的合著者，英國John Innes中心的Caroline Dean說。

“我們最初發(fā)現(xiàn)COOLAIR在尋找感冒引起的因素時沒有偏見。我們隨后使用各種遺傳和轉(zhuǎn)基因方法證明了它們在表觀遺傳沉默機制中的功能，這種機制可以在長時間冷暴露期間切斷FLC，”她指出。

COOLAIR項目是與植物表觀遺傳學(xué)領(lǐng)導(dǎo)者Dean和英國John Innes中心的團隊合作。洛斯阿拉莫斯團隊開發(fā)了COOLAIR結(jié)構(gòu)，而Dean的團隊，包括第一作者Emily Hawkes，對活植物進行了突變，以幫助驗證結(jié)構(gòu)。

“第一步是找到他們的二維結(jié)構(gòu)，布置完整的三維結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計。所以這就是洛斯阿拉莫斯團隊所做的，”Sanbonmatsu說。“利用從核糖體領(lǐng)域借來的生物化學(xué)策略，我們詢問了這些RNA的2-D結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它們裝載了高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，與核糖體不同。”

“由于我們花了十多年時間研究核糖體(讀取遺傳信息的分子機器)，我們確切知道如何處理巨大的RNA，”Sanbonmatsu說。