3月14日，我院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團隊在美國國家科學(xué)院院刊《PNAS》上在線發(fā)表了題為“Experimental evidence for the functional importance and adaptive advantage of A-to-I RNA editing in fungi” 的研究論文，博士研究生辛凱蕓為論文第一作者，劉慧泉教授為論文通訊作者，
在已知的眾多類型的RNA修飾中，只有少數(shù)能夠改變RNA序列的編碼能力，這些修飾被稱為RNA編輯。大多數(shù)類型的RNA編輯只存在于細胞器中（如植物線粒體和葉綠體中的C-to-U RNA編輯），只有少數(shù)發(fā)生在核基因組編碼的RNA上，其中最著名、研究最為深入的是A-to-I RNA編輯。A-to-I RNA編輯現(xiàn)象于1988年首次在動物中報道，直到2016年才被該團隊在動物以外的物種——真菌中報道。A-to-I RNA編輯通過酶促脫氨基作用將RNA分子中的腺苷（A）轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤眨↖），而肌苷被各種細胞過程識別為鳥苷（G），因此，A-to-I RNA編輯相當(dāng)于RNA上的A-to-G突變，如果編輯發(fā)生在密碼子的前兩位，會導(dǎo)致蛋白序列發(fā)生改變。
由于RNA編輯在特定位點上具有一定的編輯水平，單個細胞內(nèi)可同時表達一定比例的未編輯和編輯后的RNA/蛋白。因此，通常假定RNA編輯具有增加細胞內(nèi)蛋白組多樣性，提高物種環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)勢，但是這一猜想因為缺乏實驗證據(jù)的支持，一直備受爭議。該團隊通過基因敲除和定點突變對禾谷鐮孢中A-to-I RNA編輯位點及其所在的基因進行了系統(tǒng)性功能研究，發(fā)現(xiàn)CME5和CME11基因上的編輯位點對禾谷鐮孢有性生殖具有重要調(diào)控功能（圖1）。只表達編輯后CME5蛋白的菌株有性生殖正常，但只表達編輯前CME5蛋白的菌株子囊和子囊孢子形成與敲除突變體一樣存在嚴(yán)重缺陷（圖1A），表明CME5的RNA編輯具有調(diào)控有性發(fā)育的重要功能。在CME5編輯位點上，編輯前的氨基酸殘基（R）在子囊菌門真菌中保守，而編輯后的氨基酸殘基（G）少見（圖1B），意味著在該位點通過RNA編輯產(chǎn)生R/G兩種蛋白比通過基因組突變只表達一種編輯后的G蛋白具有更高的進化適應(yīng)性。更為重要的是，該研究發(fā)現(xiàn)只表達編輯前（T殘基）或編輯后（A殘基）形式的CME11蛋白的菌株在子囊孢子形成中均存在明顯缺陷，但同時表達兩種形式的CME11蛋白的菌株表現(xiàn)正常（圖1C），表明CME11上的編輯位點不僅重要，而且具有“雜合優(yōu)勢”（heterozygote advantage），即同時表達兩種形式的蛋白比單獨表達任何一種蛋白具有更大優(yōu)勢。通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，CME11蛋白的編輯位點很可能被磷酸化，A-to-I RNA編輯導(dǎo)致的T>A氨基酸改變具有模擬去磷酸化的作用（圖1D），因此RNA編輯很可能通過調(diào)控該位點的磷酸化水平進而影響有性發(fā)育，揭示了RNA編輯 “雜合優(yōu)勢”形成的潛在機制。
圖1. CME5和CME11基因上RNA編輯位點的功能和適應(yīng)性優(yōu)勢
江聰教授、王秦虎副教授、普度大學(xué)Jin-Rong Xu教授及團隊其他研究生為該項工作做出了重要貢獻。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金項目的資助，感謝旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室研究平臺的支持。
原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2219029120
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
