作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在RNA編輯功能和適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)方面取得新進(jìn)展
作者：劉小鳳 來(lái)源： 發(fā)布日期：2023-03-15 瀏覽次數(shù)：
3月14日,，我院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)國(guó)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(lèi)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(chēng)為RNA編輯。大多數(shù)類(lèi)型的RNA編輯只存在于細(xì)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(dòng)物中報(bào)道,，直到2016年才被該團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物以外的物種——真菌中報(bào)道。A-to-I RNA編輯通過(guò)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(xì)胞過(guò)程識(shí)別為鳥(niǎo)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(huì)導(dǎo)致蛋白序列發(fā)生改變。
由于RNA編輯在特定位點(diǎn)上具有一定的編輯水平,，單個(gè)細(xì)胞內(nèi)可同時(shí)表達(dá)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(xì)胞內(nèi)蛋白組多樣性,，提高物種環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)勢(shì),，但是這一猜想因?yàn)槿狈?shí)驗(yàn)證據(jù)的支持，一直備受爭(zhēng)議,。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因敲除和定點(diǎn)突變對(duì)禾谷鐮孢中A-to-I RNA編輯位點(diǎn)及其所在的基因進(jìn)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(diǎn)對(duì)禾谷鐮孢有性生殖具有重要調(diào)控功能（圖1）。只表達(dá)編輯后CME5蛋白的菌株有性生殖正常,，但只表達(dá)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(diǎn)上，編輯前的氨基酸殘基（R）在子囊菌門(mén)真菌中保守,，而編輯后的氨基酸殘基（G）少見(jiàn)（圖1B）,，意味著在該位點(diǎn)通過(guò)RNA編輯產(chǎn)生R/G兩種蛋白比通過(guò)基因組突變只表達(dá)一種編輯后的G蛋白具有更高的進(jìn)化適應(yīng)性。更為重要的是,，該研究發(fā)現(xiàn)只表達(dá)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(shí)表達(dá)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(diǎn)不僅重要,，而且具有“雜合優(yōu)勢(shì)”（heterozygote advantage）,，即同時(shí)表達(dá)兩種形式的蛋白比單獨(dú)表達(dá)任何一種蛋白具有更大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，CME11蛋白的編輯位點(diǎn)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(guò)調(diào)控該位點(diǎn)的磷酸化水平進(jìn)而影響有性發(fā)育,，揭示了RNA編輯 “雜合優(yōu)勢(shì)”形成的潛在機(jī)制,。
圖1. CME5和CME11基因上RNA編輯位點(diǎn)的功能和適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)
江聰教授、王秦虎副教授,、普度大學(xué)Jin-Rong Xu教授及團(tuán)隊(duì)其他研究生為該項(xiàng)工作做出了重要貢獻(xiàn),。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助，感謝旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)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
