优秀！西北农林科技大学博士以第一作者身份在《Science》旗下期刊发表研究成果

近日，西北农林科技大学植保学院作物病原真菌功能基因组学研究团队在《Science Advances》上在线发表题为“Adaptive advantages of restorative RNA editing in fungi for resolving survival-reproduction trade-offs”的论文，齐朝妹博士为论文第一作者，刘慧泉教授为通讯作者。

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。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，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。

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。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，挑战了先前认为基因选配（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。 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。

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

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

来源：西北农林科技大学植保学院

转自：“植物研究进展”微信公众号

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