近日,，我院作物病原真菌功能基因組學研究團隊劉慧泉教授課題組在《Nature Communications》上在線發(fā)表了題為“Unveiling the A-to-I mRNA editing machinery and its regulation and evolution in fungi”的研究論文,，揭示了真菌中A-to-I mRNA編輯的酶復合體，并明確了其起源、進化和調控機制,。該研究為真菌病害防控和基因編輯工具開發(fā)提供了重要的新思路,。
A-to-I mRNA編輯是一種關鍵的遺傳信息修飾機制,，它能夠在mRNA分子中將腺苷（A）轉變?yōu)榧≤眨↖）,。由于肌苷（I）在化學結構上與鳥苷（G）相似，因此在蛋白質翻譯過程中,，肌苷（I）會被當作鳥苷（G）來識別和使用,，從而可能導致編碼的蛋白序列發(fā)生變化。過去,，A-to-I mRNA編輯主要在動物中被研究和報道,，但劉慧泉團隊在2016年首次在真菌中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并證明它在小麥赤霉病菌等真菌的有性生殖和適應性進化中起著至關重要的作用,。在動物中,，A-to-I mRNA編輯是由ADAR酶催化的，但真菌中并不存在ADAR的同源基因,，這使得真菌中A-to-I mRNA編輯的發(fā)生機制成為一個科學謎題。劉慧泉團隊經(jīng)過近8年的深入研究,，終于揭開了真菌A-to-I mRNA編輯的發(fā)生機制,。主要研究發(fā)現(xiàn)：
真菌中A-to-I mRNA編輯由Tad2-Tad3-Ame1酶復合體催化。Tad2-Tad3異源二聚體是真核生物中保守的tRNA特異的腺苷脫氨酶,，主要負責tRNA反密碼子環(huán)上第34位的A-to-I編輯,。真菌中特異性進化出的一種蛋白Ame1打破了這一底物識別的限制，使得Tad2-Tad3-Ame1三元復合體能夠識別和編輯mRNA,。
真菌中A-to-I mRNA編輯特異性發(fā)生在有性生殖階段的原因,。mRNA編輯激活因子Ame1僅在有性生殖階段誘導表達,，這是A-to-I mRNA編輯特異性發(fā)生在有性生殖階段的直接原因。此外,，轉錄水平和翻譯后水平的調控對編輯酶復合體在有性生殖階段的活性也起到關鍵作用,。A-to-I mRNA編輯雖然對真菌有性生殖有利，但當在無性階段人工表達Ame1激活A-to-I mRNA編輯后會對小麥赤霉病菌生長和侵染不利,。因此,，A-to-I mRNA編輯特異性發(fā)生在有性生殖階段，不僅避免了由編輯自身帶來的生存與生殖之間的權衡問題,，還能化解因基因拮抗多效性造成的生存與生殖權衡,，從而促進真菌在生存與生殖兩方面的最優(yōu)化。
真菌中A-to-I mRNA編輯機制的起源和進化,。mRNA編輯激活因子Ame1的同源基因在真菌界中普遍存在,，并在不同真菌世系中經(jīng)歷了多次復制和水平基因轉移事件。特別是在糞殼菌綱和錘舌菌綱真菌的最近共同祖先上,，發(fā)生了一次基因復制事件,。這一復制事件產(chǎn)生的一個拷貝在糞殼菌綱真菌的進化過程中，通過快速變異,，獲得了與Tad3互作的能力,，最終進化成了mRNA編輯激活因子Ame1。
真菌A-to-I mRNA編輯系統(tǒng)具有廣闊的應用前景,。研究表明,，真菌的A-to-I mRNA編輯系統(tǒng)具有廣泛的適用性，可用于基因編輯工具的設計和開發(fā),，特別是針對基因治療,，用于修復人類的遺傳疾病。此外,，A-to-I mRNA編輯酶復合體將是控制真菌病害的優(yōu)良靶標,。
真菌中A-to-I mRNA編輯酶復合體的工作原理和調控機制
我院劉慧泉教授為論文通訊作者，博士研究生馮嬋婧（現(xiàn)為博士后）,、辛凱蕓（現(xiàn)為博士后）,、杜雁飛、鄒靖雯為論文共同第一作者,?？嫡裆菏俊⑼鯐越芙淌?、江聰研究員和王秦虎副教授以及生命學院黃偉偉副教授對論文研究也做出了重要貢獻,。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、博士后創(chuàng)新人才支持計劃等項目資助,。
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課題組應邀在Springer Nature Research Communities上分享了該科學發(fā)現(xiàn)：Unveiling the Mystery of Fungal RNA Editing Machinery: A Story of Unexpected Discoveries （https://communities.springernature.com/posts/unveiling-the-mystery-of-fungal-rna-editing-machinery-a-story-of-unexpected-discoveries）
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
