近日，我院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)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(guān)RNA編輯功能和適應(yīng)性優(yōu)勢的最新研究進(jìn)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(xué)、遺傳學(xué)和進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)手段，發(fā)現(xiàn)絲狀子囊真菌進(jìn)化產(chǎn)生了大量拮抗多效性基因，這些基因?qū)ζ渖钍酚行噪A段的子實體發(fā)育至關(guān)重要，但對其無性階段菌絲生長的逆境適應(yīng)能力不利。而真菌中的A-to-I RNA編輯機(jī)制通過驅(qū)動這些基因發(fā)生提前終止突變，并在有性階段進(jìn)行RNA水平上的修復(fù)，使其恢復(fù)功能，這種修復(fù)型A-to-I RNA編輯消除了基因拮抗作用造成的生存-生殖權(quán)衡，賦予了真菌選擇優(yōu)勢。該研究為長期爭論的修復(fù)型RNA編輯的適應(yīng)性優(yōu)勢問題提供了首個經(jīng)驗證據(jù)，揭示了RNA編輯在真菌復(fù)雜多細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)化發(fā)育中的關(guān)鍵作用，增進(jìn)了人們對真核生物復(fù)雜性形成的認(rèn)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(dāng)中，不能僅僅局限于侵染控制，而應(yīng)同時兼顧生殖調(diào)控。

有性子實體是真菌產(chǎn)生的最為復(fù)雜的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，有關(guān)其復(fù)雜性進(jìn)化的遺傳學(xué)原理尚不清楚。該研究發(fā)現(xiàn)，絲狀子囊真菌在其子實體進(jìn)化過程中產(chǎn)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(guān)鍵作用。該結(jié)果凸顯了遺傳創(chuàng)新在真菌復(fù)雜多細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)化發(fā)育中的重要性，挑戰(zhàn)了先前認(rèn)為基因選配（co-option）是復(fù)雜多細(xì)胞進(jìn)化的主要力量，而基因從頭進(jìn)化僅發(fā)揮次要作用的觀點。該研究還發(fā)現(xiàn)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(yīng)有關(guān)，并且在生存-生殖之間具有拮抗作用。這種介導(dǎo)生存-生殖權(quán)衡的基因先前在真菌中鮮有報道，這些基因的發(fā)現(xiàn)對理解真菌復(fù)雜多細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生活史策略的形成具有重要意義。

修復(fù)型RNA編輯通常會在 RNA 水平上修復(fù)基因發(fā)生的突變，這些修復(fù)型RNA 編輯雖然功能重要，但對其適應(yīng)性優(yōu)勢的認(rèn)識一直存在爭議。中性進(jìn)化理論認(rèn)為，RNA 編輯的修復(fù)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(dǎo)致的“錯誤” 是不必要的復(fù)雜性，并不能增加額外優(yōu)勢。而該研究證明真菌中的修復(fù)型RNA編輯能夠消除基因拮抗作用導(dǎo)致的生存-生殖權(quán)衡問題，為修復(fù)型RNA編輯的適應(yīng)性優(yōu)勢提供了強有力的經(jīng)驗證據(jù)。由于修復(fù)型RNA編輯在真核生物細(xì)胞器中發(fā)生最為普遍，該研究為細(xì)胞器RNA編輯的起源和維持提供了一種進(jìn)化模型。 綜上，該研究為理解不同 RNA 編輯系統(tǒng)的起源和進(jìn)化提供了新視角。

修復(fù)型RNA編輯在真菌（A）和其它真核生物細(xì)胞器（B）中的進(jìn)化模型

作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)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(xué)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