陆剑课题组揭示果蝇 RNA 编辑的适应性演化

作者：杨超月

2017 年 3 月 10 日，国际知名学术期刊《PLOS Genetics》在线发表生命中心陆剑课题组题为 “Adaptation of A-to-I RNA editing in Drosophila” 的研究论文。

突变是生物体改变性状以及适应性演化的源泉。在多细胞生物中，非同义 DNA 突变会在全部细胞中改变蛋白产物。这种 “全有或全无” 的特性可能会在不同的细胞、组织或器官间产生拮抗作用。因此，DNA 突变的多效性会极大地限制生物体的遗传多样性，降低生物体的适合度。腺嘌呤到次黄嘌呤（A-to-I）RNA 编辑是动物中广泛存在的转录后修饰，在不改变基因组序列的情况下增加了蛋白产物的多样性，规避了 DNA 突变多效性的局限，对生物体的适应性演化可能有重要的作用。

果蝇的 RNA 编辑主要发生在神经系统，且大量的 RNA 编辑位点位于蛋白编码区。陆剑研究组在黑腹果蝇大脑转录组中鉴定到 2114 个 A-to-I 编辑位点，其中 678 个潜在改变蛋白质序列（非同义，Nonsyn），而且这些 Nonsyn 编辑位点主要富集在神经功能相关的基因。与同义（Syn）RNA 编辑位点相比，Nonsyn 位点呈现出非常强的适应性演化信号: 1）Nonsyn 位点在 mRNA 上发生的密度显著高于中性（随机）情况下的期望值，2）Nonsyn 比 Syn 位点有更高的编辑水平。通过对近缘种拟果蝇和拟暗果蝇大脑转录组的深度测序及演化基因组学分析，发现近一半的编辑位点是在演化上保守的。需要指出的是，DNA 序列越保守的基因上非同义 RNA 编辑位点的密度越高，从而在表观遗传学层面拓宽了序列的多样性。比较基因学分析表明，RNA 编辑在演化过程中是高度动态的，新的 RNA 编辑位点不断产生，而那些被功能已建立的编辑事件则在漫长演化过程中被自然选择作用所保留下来。研究还发现在高温胁迫实验中，温度对 RNA 编辑水平的影响超过了性别因素，揭示了 RNA 编辑可能参与果蝇的胁迫应答。该研究揭示了果蝇 RNA 编辑在演化上的适应性，对认识 RNA 编辑的演化和功能提供了新思路。

陆剑研究员为该论文的通讯作者。生命中心博士生段元格、生科院博士生窦圣乾、博士后罗诗琦是论文的第一作者，生科院博士生张宏为论文的共同作者。本研究得到了李川昀、李程、罗冬根和 Billy Jin Li 教授的大力协助，得到了国家自然科学基金、科技部、青年千人计划科研启动经费和北大 - 清华生命科学联合中心的支持。

和本文同时期向 PLOS Genetics 投稿的斯坦福大学 Billy Jin Li 教授研究组也利用比较基因组学方法在果蝇中发现大量的位于编码区和非编码区的 RNA 编辑事件，并揭示了顺式调控元件对这些编辑位点演化模式的作用机制。

果蝇脑组织中 RNA 编辑位点的鉴定和演化适应性（A）鉴定黑腹果蝇脑组织 RNA 编辑位点的流程；（B）不同果蝇物种的 RNA 编辑位点的演化关系；（C）RNA 编辑位点的密度与基因 / 位点保守性的关系；（D）不同温度条件下编辑水平的对比；（E）果蝇不同发育阶段的 RNA 编辑酶 ADAR 与 PSEB 基因的表达情况。