Mol Cell丨mRNA远端折叠决定细菌翻译效率

信使RNA（mRNA）二级结构是决定细菌基因表达的关键因素。诸如茎环、假结和G-四链体等结构元件能够极大地改变mRNA的转录、降解或翻译过程。

目前的认知主要集中在短程的局部结构上，例如发夹结构或核糖开关。核糖体结合位点（RBS）的开放程度是决定翻译起始效率的关键因素。

RBS附近的结构可以通过干扰核糖体募集来降低翻译水平，并间接影响mRNA的稳定性。然而，横跨数百个核苷酸的长程相互作用是否在体内具有功能性意义仍缺乏系统性研究。

2026年9月9日，麻省理工学院Gene-Wei Li团队在Molecular Cell上发表了题为“Long-range mRNA folding shapes expression and sequence of bacterial genes”的研究论文。研究发现距mRNA 5'端数百nt的序列能与RBS长距离碱基配对，阻止核糖体进入并加速mRNA降解，实现强效的基因表达抑制。这一机制确立长距离mRNA折叠是塑造细菌基因表达的保守力量，并对CDS进化施加了关键约束。

文章索引

【标题】Long-range mRNA folding shapes expression and sequence of bacterial genes

【发表期刊】Molecular Cell

【发表日期】2026年9月9日

【作者及团队】麻省理工学院Gene-Wei Li团队

【IF】16.6

研究结果

一、aSD样8聚体序列是mRNA水平的主要抑制因子

研究人员开发了大规模并行报告分析（MPRA）技术，在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的5’ UTR和编码序列（CDS）中插入所有可能的8聚体序列。

实验发现，与RBS互补的嘧啶富集序列（aSD样序列）即使位于CDS深处，也是降低mRNA丰度的最强决定因素之一。

二、编码序列中的aSD样8聚体通过长程折叠促进mRNA降解

通过测量mRNA半衰期，研究证实aSD样序列通过增加mRNA降解速率而非抑制转录来降低mRNA水平。

体内结构探测方法二甲基硫酸盐突变谱测序（DMS-MaPseq）进一步证明，这些远端序列通过长程折叠与SD序列结合，从而遮蔽了RBS。

三、aSD样序列的长程折叠阻断翻译

利用荧光报告基因系统，研究表明内部aSD样序列不仅降低mRNA水平，还能直接抑制翻译效率。

即使在距离起始密码子超过500个核苷酸的位置，这些序列仍能显著降低蛋白质产量，且该效应可通过反义寡核苷酸结合进行挽救。

四、aSD样序列在枯草芽孢杆菌和大肠杆菌编码序列中被耗竭

生物信息学分析显示，aSD样序列在枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的CDS中被显著耗竭，且这种耗竭并非由核苷酸组成或密码子偏好性引起。

研究发现，缺乏SD序列的无前导mRNA（leaderless mRNA）中不存在这种耗竭，证实了SD序列的存在对基因序列进化施加了选择压力。

五、RBS互补序列的影响可被邻近序列调节

通过在3' UTR的不同位置插入随机8聚体，研究发现aSD样序列的抑制效应可被周围的局部二级结构所调节。

当aSD样序列被局部发夹结构遮蔽时，其对mRNA水平的抑制作用会减弱，表明mRNA序列进化是一个多因素优化的过程。

总结

本研究阐明了长程mRNA折叠在细菌基因表达调控中的关键作用，证明了mRNA序列不仅编码蛋白质，还通过形成长程结构来调控自身的稳定性与翻译。这一发现不仅揭示了细菌基因组进化的重要约束机制，也为理解RNA结构组学提供了新的视角。