近日,，我院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(fù)合體,，并明確了其起源,、進(jìn)化和調(diào)控機(jī)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(guān)鍵的遺傳信息修飾機(jī)制,，它能夠在mRNA分子中將腺苷（A）轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤眨↖）,。由于肌苷（I）在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與鳥苷（G）相似,，因此在蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中,，肌苷（I）會(huì)被當(dāng)作鳥苷（G）來(lái)識(shí)別和使用，從而可能導(dǎo)致編碼的蛋白序列發(fā)生變化,。過(guò)去,，A-to-I mRNA編輯主要在動(dòng)物中被研究和報(bào)道，但劉慧泉團(tuán)隊(duì)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(yīng)性進(jìn)化中起著至關(guān)重要的作用,。在動(dòng)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(jī)制成為一個(gè)科學(xué)謎題,。劉慧泉團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)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(jī)制,。主要研究發(fā)現(xiàn)：
真菌中A-to-I mRNA編輯由Tad2-Tad3-Ame1酶復(fù)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(fù)責(zé)tRNA反密碼子環(huán)上第34位的A-to-I編輯,。真菌中特異性進(jìn)化出的一種蛋白Ame1打破了這一底物識(shí)別的限制,，使得Tad2-Tad3-Ame1三元復(fù)合體能夠識(shí)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(dǎo)表達(dá),，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(zhuǎn)錄水平和翻譯后水平的調(diào)控對(duì)編輯酶復(fù)合體在有性生殖階段的活性也起到關(guān)鍵作用,。A-to-I mRNA編輯雖然對(duì)真菌有性生殖有利，但當(dāng)在無(wú)性階段人工表達(dá)Ame1激活A(yù)-to-I mRNA編輯后會(huì)對(duì)小麥赤霉病菌生長(zhǎng)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(lái)的生存與生殖之間的權(quán)衡問題,，還能化解因基因拮抗多效性造成的生存與生殖權(quán)衡,，從而促進(jìn)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(jī)制的起源和進(jìn)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(fù)制和水平基因轉(zhuǎn)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(fù)制事件,。這一復(fù)制事件產(chǎn)生的一個(gè)拷貝在糞殼菌綱真菌的進(jìn)化過(guò)程中，通過(guò)快速變異,，獲得了與Tad3互作的能力,，最終進(jìn)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(yīng)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(shè)計(jì)和開發(fā),，特別是針對(duì)基因治療,，用于修復(fù)人類的遺傳疾病。此外,，A-to-I mRNA編輯酶復(fù)合體將是控制真菌病害的優(yōu)良靶標(biāo),。
真菌中A-to-I mRNA編輯酶復(fù)合體的工作原理和調(diào)控機(jī)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。學(xué)院康振生院士,、王曉杰教授,、江聰研究員和王秦虎副教授以及生命學(xué)院黃偉偉副教授對(duì)論文研究也做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-48336-8?utm_campaign=related_content&utm_source=HEALTH&utm_medium=communities
課題組應(yīng)邀在Springer Nature Research Communities上分享了該科學(xué)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
