作物病原真菌功能基因组学研究团队在RNA编辑功能和适应性优势方面取得新进展

3月14日，我院作物病原真菌功能基因组学研究团队在美国国家科学院院刊《PNAS》上在线发表了题为“Experimental evidence for the functional importance and adaptive advantage of A-to-I RNA editing in fungi” 的研究论文，博士研究生辛凯芸为论文第一作者，刘慧泉教授为论文通讯作者，

在已知的众多类型的RNA修饰中，只有少数能够改变RNA序列的编码能力，这些修饰被称为RNA编辑。大多数类型的RNA编辑只存在于细胞器中（如植物线粒体和叶绿体中的C-to-U RNA编辑），只有少数发生在核基因组编码的RNA上，其中最著名、研究最为深入的是A-to-I RNA编辑。A-to-I RNA编辑现象于1988年首次在动物中报道，直到2016年才被该团队在动物以外的物种——真菌中报道。A-to-I RNA编辑通过酶促脱氨基作用将RNA分子中的腺苷（A）转变为肌苷（I），而肌苷被各种细胞过程识别为鸟苷（G），因此，A-to-I RNA编辑相当于RNA上的A-to-G突变，如果编辑发生在密码子的前两位，会导致蛋白序列发生改变。

由于RNA编辑在特定位点上具有一定的编辑水平，单个细胞内可同时表达一定比例的未编辑和编辑后的RNA/蛋白。因此，通常假定RNA编辑具有增加细胞内蛋白组多样性，提高物种环境适应性的优势，但是这一猜想因为缺乏实验证据的支持，一直备受争议。该团队通过基因敲除和定点突变对禾谷镰孢中A-to-I RNA编辑位点及其所在的基因进行了系统性功能研究，发现CME5和CME11基因上的编辑位点对禾谷镰孢有性生殖具有重要调控功能（图1）。只表达编辑后CME5蛋白的菌株有性生殖正常，但只表达编辑前CME5蛋白的菌株子囊和子囊孢子形成与敲除突变体一样存在严重缺陷（图1A），表明CME5的RNA编辑具有调控有性发育的重要功能。在CME5编辑位点上，编辑前的氨基酸残基（R）在子囊菌门真菌中保守，而编辑后的氨基酸残基（G）少见（图1B），意味着在该位点通过RNA编辑产生R/G两种蛋白比通过基因组突变只表达一种编辑后的G蛋白具有更高的进化适应性。更为重要的是，该研究发现只表达编辑前（T残基）或编辑后（A残基）形式的CME11蛋白的菌株在子囊孢子形成中均存在明显缺陷，但同时表达两种形式的CME11蛋白的菌株表现正常（图1C），表明CME11上的编辑位点不仅重要，而且具有“杂合优势”（heterozygote advantage），即同时表达两种形式的蛋白比单独表达任何一种蛋白具有更大优势。通过进一步研究发现，CME11蛋白的编辑位点很可能被磷酸化，A-to-I RNA编辑导致的T>A氨基酸改变具有模拟去磷酸化的作用（图1D），因此RNA编辑很可能通过调控该位点的磷酸化水平进而影响有性发育，揭示了RNA编辑 “杂合优势”形成的潜在机制。

图1. CME5和CME11基因上RNA编辑位点的功能和适应性优势

江聪教授、王秦虎副教授、普度大学Jin-Rong Xu教授及团队其他研究生为该项工作做出了重要贡献。该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助，感谢旱区作物逆境生物学国家重点实验室研究平台的支持。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2219029120

编辑：刘小凤

审核：郭   军