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生物学功能通常根据序列保守性或结构相似性推断。然而，尽管序列和结构均发生了广泛分化，许多病毒 RNA 仍能维持其调控功能。我们以沙粒病毒基因间区（IGR）为模型系统，研究在传统的序列—结构—功能关系不再成立时，RNA 的何种组织层级仍能保持保守。我们结合低温 OrbiSIMS 引导的 RNA 结构解析，以及基于图论的分析，对 58 个来自系统发育多样的沙粒病毒的 IGR 进行了研究，发现 IGR 拓扑（由各个茎环元件的连通性及其相对整合程度定义）始终围绕一个高度连通的螺旋核心组织；即使 IGR 折叠存在差异，该核心仍得以保留。进一步的定量中心性分析显示，相较之下，拓扑上处于外围的茎环数量较少，且在不同系统发育类群间具有较大变异。为探究外围元件的功能后果，我们研究了金门病毒（一种爬行动物沙粒病毒）S-IGR，发现在人宿主细胞感染重组淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒（一种亲缘关系较远的人类沙粒病毒）时，该 S-IGR 会选择性地与干扰素诱导蛋白及抗病毒 RNA 结合蛋白结合。综上，这些发现表明，图论定义的拓扑是不同沙粒病毒 IGR 中反复出现的组织特征，而序列一致性或整体 RNA 结构相似性无法反映这一特征。数据与这样一种模型相符：拓扑上居中的螺旋组织可能与保守的调控能力相关，而结构多变的外围元件则可能影响谱系特异或片段特异的宿主因子相互作用谱。
生物学功能通常依据序列保守性或结构相似性推断。然而，许多病毒 RNA 尽管序列和结构均发生了广泛分化，仍能维持其调控功能。本研究以沙粒病毒基因间区（IGR）为模型系统，探究当传统的序列—结构—功能关系不再成立时，RNA 的何种组织层级仍能保持保守。我们结合低温 OrbiSIMS 引导的 RNA 结构测定，以及基于图论的分析，对系统发育上具有多样性的沙粒病毒中的 58 个 IGR 进行了研究。结果发现，IGR 的拓扑结构——即各个茎环元件之间的连接关系及其相对整合程度——始终围绕一个高度连通的螺旋核心排列；即使 IGR 折叠存在差异，该核心仍然保留。进一步的定量中心性分析表明，拓扑上处于外围的茎环相对稀少，且在不同系统发育类群间存在较大变异。对金门病毒（一种爬行动物沙粒病毒）S-IGR 中外围元件功能影响的研究发现，这些元件能够选择性地与干扰素诱导蛋白及抗病毒 RNA 结合蛋白结合；实验所用的人宿主细胞感染了重组淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（一种与其亲缘关系较远、感染人的沙粒病毒）。综上，这些发现表明，图论所定义的拓扑结构是不同沙粒病毒 IGR 中反复出现的组织特征，而序列一致性或整体 RNA 结构相似性无法揭示这一特征。数据支持这样一种模型：拓扑上居中的螺旋组织可能与保守的调控能力相关，而结构可变的外围元件则可能促成谱系特异性或片段特异性的宿主因子相互作用谱。
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关键词：沙粒病毒 · RNA拓扑结构 · 基因间区 · 图论分析 · 宿主因子相互作用
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.22.760956v1?rss=1