陆剑课题组揭示果蝇RNA编辑的适应性演化

2017年3月10日，国际知名学术期刊《PLOS Genetics》在线发表了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。该研究揭示了果蝇中腺嘌呤到次黄嘌呤（A-to-I）RNA编辑在演化上的适应性，为理解RNA编辑的演化和功能提供了新思路。

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”的特性可能在不同细胞、组织或器官间产生拮抗作用，从而限制遗传多样性并降低适合度。相比之下，A-to-I RNA编辑是一种转录后修饰，在不改变基因组序列的情况下增加蛋白产物的多样性，规避了DNA突变多效性的局限，对生物体的适应性演化具有重要作用。

果蝇的RNA编辑主要发生在神经系统，且大量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），这些Nonsyn编辑位点主要富集在神经功能相关基因。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上的发生密度显著高于中性期望值；2）Nonsyn比Syn位点具有更高的编辑水平。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在演化上保守。值得注意的是，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多样性。比较基因组学分析表明，RNA编辑在演化过程中高度动态，新编辑位点不断产生，而功能已建立的编辑事件在漫长演化中被自然选择保留。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性别因素，提示RNA编辑可能参与果蝇的胁迫应答。

陆剑研究员为该论文通讯作者。生命中心博士生段元格、生科院博士生窦圣乾、博士后罗诗琦为论文第一作者，生科院博士生张宏为共同作者。研究得到李川昀、李程、罗冬根和Billy Jin Li教授的大力协助，以及国家自然科学基金、科技部、青年科研启动经费和北大-清华生命科学联合中心的支持。

同期投稿的斯坦福大学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。