近日，我院作物病原真菌功能基因組學研究團隊在《Science Advances》上在線發(fā)表了題為“Adaptive advantages of restorative RNA editing in fungi for resolving survival-reproduction trade-offs”的了論文，該研究是有關RNA編輯功能和適應性優(yōu)勢的最新研究進展。我院齊朝妹博士為論文第一作者，劉慧泉教授為通訊作者。
該研究綜合運用分子生物學、遺傳學和進化發(fā)育生物學手段，發(fā)現絲狀子囊真菌進化產生了大量拮抗多效性基因，這些基因對其生活史有性階段的子實體發(fā)育至關重要，但對其無性階段菌絲生長的逆境適應能力不利。而真菌中的A-to-I RNA編輯機制通過驅動這些基因發(fā)生提前終止突變，并在有性階段進行RNA水平上的修復，使其恢復功能，這種修復型A-to-I RNA編輯消除了基因拮抗作用造成的生存-生殖權衡，賦予了真菌選擇優(yōu)勢。該研究為長期爭論的修復型RNA編輯的適應性優(yōu)勢問題提供了首個經驗證據，揭示了RNA編輯在真菌復雜多細胞結構進化發(fā)育中的關鍵作用，增進了人們對真核生物復雜性形成的認識。同時，該研究顯示，在防控以“生殖為重”的病原真菌引起的病害當中，不能僅僅局限于侵染控制，而應同時兼顧生殖調控。
有性子實體是真菌產生的最為復雜的多細胞結構，有關其復雜性進化的遺傳學原理尚不清楚。該研究發(fā)現，絲狀子囊真菌在其子實體進化過程中產生了大量從頭（de novo）起源的基因，這些基因在子實體發(fā)育的不同階段均發(fā)揮關鍵作用。該結果凸顯了遺傳創(chuàng)新在真菌復雜多細胞結構進化發(fā)育中的重要性，挑戰(zhàn)了先前認為基因選配（co-option）是復雜多細胞進化的主要力量，而基因從頭進化僅發(fā)揮次要作用的觀點。該研究還發(fā)現在子實體發(fā)育中發(fā)揮重要功能的新基因大多與逆境響應有關，并且在生存-生殖之間具有拮抗作用。這種介導生存-生殖權衡的基因先前在真菌中鮮有報道，這些基因的發(fā)現對理解真菌復雜多細胞結構和生活史策略的形成具有重要意義。
修復型RNA編輯通常會在 RNA 水平上修復基因發(fā)生的突變，這些修復型RNA 編輯雖然功能重要，但對其適應性優(yōu)勢的認識一直存在爭議。中性進化理論認為，RNA 編輯的修復能力允許本該被自然選擇清除的有害DNA突變得以積累，這種糾正自身導致的“錯誤” 是不必要的復雜性，并不能增加額外優(yōu)勢。而該研究證明真菌中的修復型RNA編輯能夠消除基因拮抗作用導致的生存-生殖權衡問題，為修復型RNA編輯的適應性優(yōu)勢提供了強有力的經驗證據。由于修復型RNA編輯在真核生物細胞器中發(fā)生最為普遍，該研究為細胞器RNA編輯的起源和維持提供了一種進化模型。 綜上，該研究為理解不同 RNA 編輯系統(tǒng)的起源和進化提供了新視角。
修復型RNA編輯在真菌（A）和其它真核生物細胞器（B）中的進化模型
作物病原真菌功能基因組學研究團隊江聰研究員、王秦虎副研究員以及多位研究生參與了該研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃“揭榜掛帥”項目和國家自然科學基金面上項目資助。
全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk6130
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
