刘慧泉教授团队证明修复型RNA编辑具有解决生存-生殖权衡的选择优势，在复杂多细胞结构进化发育中发挥关键作用

近日，我室刘慧泉教授团队在Science Advances上在线发表了有关RNA编辑功能和适应性优势的最新研究进展。该研究综合运用分子生物学、遗传学和进化发育生物学手段，发现丝状子囊真菌进化产生了大量拮抗多效性基因，这些基因对其生活史有性阶段的子实体发育至关重要，但对其无性阶段菌丝生长的逆境适应能力不利（图1）。而真菌中的A-to-I RNA编辑机制通过驱动这些基因发生提前终止突变，并在有性阶段进行RNA水平上的修复，使其恢复功能（图2），这种修复型A-to-I RNA编辑消除了基因拮抗作用造成的生存-生殖权衡，赋予了真菌选择优势。该研究为长期争论的修复型RNA编辑的适应性优势问题提供了首个经验证据，揭示了RNA编辑在真菌复杂多细胞结构进化发育中的关键作用，增进了人们对真核生物复杂性形成的认识。同时，该研究显示，在防控以“生殖为重”的病原真菌引起的病害当中，不能仅仅局限于侵染控制，而应同时兼顾生殖调控。

论文发表后，国际著名进化与生物化学家戴夫·斯柏杰（Dave Speijer）教授专门通过电子邮件发信表示祝贺，认为论文中提出的有关真核生物线粒体RNA编辑的进化模型（图3）解释了他20多年来试图探求的修复型RNA编辑的进化适应性问题，拓宽了RNA编辑进化领域的视野。

有性子实体是真菌产生的最为复杂的多细胞结构，有关其复杂性进化的遗传学原理尚不清楚。该研究发现，丝状子囊真菌在其子实体进化过程中产生了大量从头（de novo）起源的基因，这些基因在子实体发育的不同阶段均发挥关键作用（图1和图2）。该结果凸显了遗传创新在真菌复杂多细胞结构进化发育中的重要性，挑战了先进认为基因选配（co-option）是复杂多细胞进化的主要力量，而基因从头进化仅发挥次要作用的观点。该研究还发现在子实体发育中发挥重要功能的新基因大多与逆境响应有关，并且在生存-生殖之间具有拮抗作用。这种介导生存-生殖权衡的基因先前在真菌中鲜有报道，这些基因的发现对理解真菌复杂多细胞结构和生活史策略的形成具有重要意义。

修复型RNA编辑通常会在 RNA 水平上修复基因发生的突变，这些修复型RNA 编辑虽然功能重要，但对其适应性优势的认识一直存在争议。中性进化理论认为，RNA 编辑的修复能力允许本该被自然选择清除的有害DNA突变得以积累，这种纠正自身导致的“错误” 是不必要的复杂性，并不能增加额外优势。而该研究证明真菌中的修复型RNA编辑能够消除基因拮抗作用导致的生存-生殖权衡问题，为修复型RNA编辑的适应性优势提供了强有力的经验证据。由于修复型RNA编辑在真核生物细胞器中发生最为普遍，该研究为细胞器RNA编辑的起源和维持提供了一种进化模型（图3）。 综上，该研究为理解不同 RNA 编辑系统的起源和进化提供了新视角。

图1. 假基因及其修复型RNA编辑对禾谷镰孢生存-生殖的关键作用

图2. 假基因及其修复型RNA编辑的起源和进化

图3修复型RNA编辑在真菌（A）和其它真核生物细胞器（B）中的进化模型

刘慧泉教授为本文通讯作者，其博士研究生齐朝妹为本文第一作者，该团队江聪研究员、王秦虎副研究员以及其他多位研究生同学也都参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划“揭榜挂帅”项目和国家自然科学基金面上项目资助。

全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk6130