水生所等发表关于蓝细菌RNA降解调控机制的综述文章

RNA介导遗传信息的解码过程，并在一系列生命过程中起到调控和结构功能。中国科学院水生生物研究所研究员张承才团队与德国科研团队合作完成的研究论文（”Life is short, and art is long”: RNA degradation in cyanobacteria and model bacteria），在线发表在mLife上。该研究讨论了蓝细菌和模式菌中RNA代谢机制，揭示了不同细菌RNA代谢的共通性和多样性。作为目前该领域的首篇综述文章，可为后续相关研究提供重要参考。

RNA在细胞内种类繁多，它们既是遗传信息的载体（mRNA），也是蛋白翻译机器的组分（rRNA、tRNA），并直接发挥基因调控的功能（asRNA、sRNA等）。与其他大分子相比，RNA代谢迅速，平均半衰期仅几分钟。不同细菌中的mRNA降解过程基本相同，涉及三类酶——RNA内切酶，RNA外切酶，以及一些起辅助功能的酶（包括RNA焦磷酸水解酶、RNA解旋酶等）（图1）。催化不同RNA降解步骤的RNA酶还能通过形成酶复合体（即RNA降解体）等形式协作，以确保RNA降解高效进行。

对模式菌株的研究发现，参与RNA降解的具体酶的种类及其形成的RNA降解体可能大相庭径。例如，E. coli中内切核酸酶RNase E是重要的RNA酶，与外切核酸酶PNPase、解旋酶RhlB等结合形成一个RNA降解体。而B. subtilis不含RNase E，它有一个与RNase E序列完全不同但功能类似的内切酶——RNase Y。RNase Y也与其他组分形成一个不同的RNA降解体。

蓝细菌（也称蓝藻）是古老的细菌类群，它们是唯一能进行产氧光合作用的原核生物，其很多种属还能够生物固氮，在地球演化以及碳氮元素循环过程中发挥重要功能。此外，由于能够利用太阳光将CO₂转化为有机物，它们也是颇具潜力的细胞工厂。近年来，关于蓝细菌中RNA的代谢调控机制的研究逐渐兴起。

该研究回顾和总结了蓝细菌中RNA加工降解调控的主要研究进展，系统比较了蓝细菌和模式菌株中RNA代谢酶及降解体类。该论文揭示了不同细菌进化出不同的RNA代谢相关酶类，但各细菌中RNA降解的总体过程类似；蓝细菌中存在的RNA酶的种类和数量与已知的模式菌株中的存在显著差异；蓝细菌的RNA酶与模式菌株中同源蛋白的生化性质大多类似，但它们在细胞中的重要性不同；蓝细菌与E. coli的RNA降解体均以RNase E为核心，但组装方式和组分明显不同（图2）。

当前，蓝细菌RNA代谢研究领域仍有许多重要的科学问题有待回答，例如，RNA降解过程所需关键的酶（如RNA焦磷酸水解酶、寡核苷酸酶）由哪些基因编码、各种RNA酶在细胞中的生理功能是怎样的、各种酶在RNA代谢过程中如何协作。RNA降解是细胞基因表达的关键调控环节之一，对蓝细菌RNA代谢的深入研究必将推动相关的基础和应用研究。此外，蓝细菌是主要的细菌类群之一，对蓝细菌RNA代谢的深入研究有助于揭示细菌中RNA代谢机制的普遍机制和多样性。

水生所等发表关于蓝细菌RNA降解调控机制的综述文章

图1.细菌中RNA主要降解过程。全长RNA分子经核酸内切酶（endoribonucleases）切为较短的片段，这些短片段进一步被核酸外切酶（exoribonucleases）降解为单核苷酸和长2-5碱基的微核苷酸（nanoRNA）产物。微核苷酸新一步被寡核苷酸酶（oligoribonucleases）降解为单核苷酸，最终完成RNA的彻底降解。许多带有5’-三磷酸的RNA需要先被RNA焦磷酸酶（RNA pyrophosphohydrolase）转变为5’-单磷酸RNA才能被RNA内切酶有效切割。括号内列出的是目前蓝细菌和E. coli中发现的参与RNA降解的主要的酶，黑色为在蓝细菌和E. coli中均存在的酶，紫色为仅存在于E. coli中的酶，红色为仅存在于蓝细菌中的酶。

图2.蓝细菌与E. coli的RNA降解体结构示意图。蓝细菌Anabaena降解体的已知组分包括内切酶RNase E，外切酶PNPase和RNase II，解旋酶CrhB（A）。蓝细菌RNase E催化域（catalytic region）与RNase II和CrhB结合，其非催化域（noncatalytic region）末端含有4个保守区域（C1-C4）以及3个高变异区域（V1-V3），C4与PNPase结合。E. coliRNA降解体主要组分包括RNase E、PNPase、RhlB（解旋酶）和Eno（烯醇化酶），其中RNase E通过其非催化域中的几个区域与其他组分结合（B）。