网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Science Advance丨西北农林科技大学刘慧泉团队证明修复型RNA编辑的适应性优势,解决真菌生存-生殖权衡

0
分享至

由禾谷镰孢(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病严重威胁粮食安全生产和人畜健康。缺乏抗病品种、秸秆大面积不充分还田导致的菌源过量等问题是造成我国小麦赤霉病不断暴发流行的关键因素之一。禾谷镰孢有性生殖在小麦赤霉病发生和流行中发挥关键作用,其在田间病残体上通过有性生殖产生子囊壳进行越冬,翌年春天子囊壳发育成熟后喷射出子囊孢子侵染扬花期小麦穗。明确禾谷镰孢生活史策略形成的遗传和进化机制对制定有效的病害防控策略具有重要意义。

近日,西北农林科技大学植物保护学院/作物抗逆与高效生产全国重点实验室刘慧泉教授团队通过分子生物学、遗传学和进化发育生物学研究手段发现,禾谷镰孢在进化过程中产生了大量与逆境响应有关的基因,这些基因在其生活史有性阶段发挥关键作用,但降低其无性阶段的逆境胁迫适应能力(图1)。也就是说,这些基因具有拮抗多效性,虽然对生殖有利,但对生存不利,但在生存与生殖权衡之中禾谷镰孢优先选择了生殖。进一步研究发现,该团队先前在禾谷镰孢等真菌中报道的A-to-I RNA编辑现象【1-3】在进化过程中驱动这些基因发生提前终止突变,使其成为假基因(图2),并在有性生殖阶段对这些假基因在RNA水平上进行修复,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,促进了禾谷镰孢有性生殖的进化和生活史策略的形成。该研究显示,在诸如禾谷镰孢等以“生殖为重”的病原菌引起的病害防控当中,不能仅仅针对侵染控制,而应同时兼顾生殖调控。该研究以Adaptive advantages of restorative RNA editing in fungi for resolving survival-reproduction tradeoffs为题在线发表Science Advances上。

该研究除了增加人们对禾谷镰孢生活史策略和小麦赤霉病防控认识之外,还在以下方面取得了创新性发现。

1. 为认识真菌复杂多细胞结构的进化和发育提供了新见解。有性子实体是真菌产生的最为复杂的多细胞结构,但其复杂性进化背后的遗传学原理尚不清楚。先前的比较基因组学研究认为,对原先存在的基因进行改良使其承担新功能,即基因选配 (co-option) 是复杂多细胞进化的主要力量,而基因从头 (de novo) 进化仅发挥次要作用【4】。而该研究发现,丝状子囊真菌在其子实体进化过程中产生了大量从头起源的基因,这些基因在子实体发育的不同阶段均发挥着关键作用(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。这种可导致生存-生殖权衡的基因先前在真菌中鲜有报道。更重要的是发现这些基因为假基因,修复型A-to-I RNA编辑对其功能的发挥至关重要。因此,该研究揭示了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。

2. 为修复型RNA编辑的选择优势提供了经验证据。RNA编辑通过改变转录本水平的遗传信息挑战分子生物学的中心法则,由于缺少经验证据,有关RNA编辑的选择 (适应性) 优势一直是进化生物学领域争论的话题之一。刘慧泉教授团队2023年发表的研究结果【5】证明,禾谷镰孢中保守A-to-I RNA编辑增加的蛋白多样性具有重要功能,为RNA编辑“杂合子优势”提供了首个实验证据。但真核生物中普遍存在的是修复型RNA编辑,即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 编辑虽然可能功能重要,但对其选择优势存在很大争议【6, 7】。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” 并不能增加额外优势,因此修复型RNA编辑被认为增加了非必要的复杂性,是非适应性的【8】。在该研究中发现,禾谷镰孢中的修复型A-to-I RNA编辑的确可以驱动基因发生提前终止突变,使其进化为假基因,但这些基因的假基因化却能够消除其对无性生长阶段的不利影响,同时,有性阶段特异的RNA编辑又能够恢复这些基因在子实体发育中的重要功能(图3A)。因此,修复型RNA编辑解决了生存-生殖权衡问题,为真菌提供了选择优势。由于修复型RNA编辑在真核生物细胞器中发生最为普遍,该研究还为解释细胞器RNA编辑的产生和维持提出了一种进化模型(图3B)。综上,该研究为修复型RNA编辑的适应性优势提供了强有力的经验证据,为理解不同 RNA 编辑系统的起源和进化提供了新视角。

图.修复型RNA编辑的进化模型。A,真菌中假基因及其修复型RNA编辑的进化模型;B,其它真核生物细胞器中修复型RNA编辑的进化模型

西北农林科技大学植物保护学院齐朝妹博士为本文第一作者,刘慧泉教授为本文通讯作者。刘慧泉教授团队于2016年发现了真菌中的A-to-I RNA编辑现象,遂致力于解决其在真菌中的功能、进化和机制等基础科学问题,以期为病害防控提供理论依据。

参考文献

1. Liu H, et al. Genome-wide A-to-I RNA editing in fungi independent of ADAR enzymes.Genome Res26, 499-509 (2016).

2. Liu H, et al. A-to-I RNA editing is developmentally regulated and generally adaptive for sexual reproduction in Neurospora crassa.Proc Natl Acad Sci U S A114, E7756-E7765 (2017).

3. Bian Z, Ni Y, Xu JR, Liu H. A-to-I mRNA editing in fungi: occurrence, function, and evolution.Cell Mol Life Sci76, 329-340 (2019).

4. Nagy LG, Kovacs GM, Krizsan K. Complex multicellularity in fungi: evolutionary convergence, single origin, or both?Biol Rev Camb Philos Soc93, 1778-1794 (2018).

5. Xin K, et al. Experimental evidence for the functional importance and adaptive advantage of A-to-I RNA editing in fungi.Proc Natl Acad Sci U S A120, e2219029120 (2023).

6. Gray MW. Evolutionary origin of RNA editing. Biochemistry-Us 51, 5235-5242 (2012).

7. Jiang D, Zhang J. The preponderance of nonsynonymous A-to-I RNA editing in coleoids is nonadaptive.Nat Commun10, 5411 (2019).

8. Lukes J, Archibald JM, Keeling PJ, Doolittle WF, Gray MW. How a Neutral Evolutionary Ratchet Can Build Cellular Complexity.Iubmb Life63, 528-537 (2011).

http://doi.org/10.1126/sciadv.adk6130

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
央视见证!国家德比临阵生变:库尔图瓦流感缺阵,巴萨冲击10连胜

央视见证!国家德比临阵生变:库尔图瓦流感缺阵,巴萨冲击10连胜

智道足球
2026-10-25 19:00:59
马斯克:我用星链把地球包住!中国:用高轨卫星,从外面把你包住

马斯克:我用星链把地球包住!中国:用高轨卫星,从外面把你包住

兵卒史
2026-08-06 08:46:30
公交运营模式调整!取消全额财政兜底,老年人乘车福利保得住吗?

公交运营模式调整!取消全额财政兜底,老年人乘车福利保得住吗?

笑熬浆糊111
2026-10-25 00:05:17
黄金风向真变了?世界黄金协会曾提醒:今年下半年,或将迎关键期

黄金风向真变了?世界黄金协会曾提醒:今年下半年,或将迎关键期

云霄纪史观
2026-10-26 02:12:18
从"水果之王"变成人人嫌弃的"恶果",猕猴桃到底经历了什么?

从"水果之王"变成人人嫌弃的"恶果",猕猴桃到底经历了什么?

兴趣知识
2026-10-19 07:42:13
《伟大的长征》遵义会议:当众提出反对意见的凯丰后来怎么样了

《伟大的长征》遵义会议:当众提出反对意见的凯丰后来怎么样了

磊子讲史
2026-10-24 12:08:23
人活多久,看吸烟就知?研究发现:寿命短的人,吸烟或有6个特征

人活多久,看吸烟就知?研究发现:寿命短的人,吸烟或有6个特征

王医生健康讲坛
2026-09-30 17:45:09
挺好的训练装,硬是穿出不协调的感觉!

挺好的训练装,硬是穿出不协调的感觉!

穿的像个人样
2026-10-15 07:52:49
经济下行,2027、2028、2029,未来三年的忠告

经济下行,2027、2028、2029,未来三年的忠告

生活新鲜市
2026-10-16 03:36:43
乌克兰一夜摧毁俄军化工厂、电子厂、通信塔、数据中心,战争能力被大卸八块!

乌克兰一夜摧毁俄军化工厂、电子厂、通信塔、数据中心,战争能力被大卸八块!

知兵
2026-10-24 22:25:28
日本前首相鸠山由纪夫公开告诫高市,中国当年放弃巨额战争赔款,附带明确的条件,相关内容早已落实在书面文件,不可肆意违背过往承诺

日本前首相鸠山由纪夫公开告诫高市,中国当年放弃巨额战争赔款,附带明确的条件,相关内容早已落实在书面文件,不可肆意违背过往承诺

唠叨说历史
2026-09-02 16:16:45
曾负债240万元的00后湖北小伙,手搓飞行滑板爆火后,现身回应“假飞”质疑!记者现场见证:不是AI合成,太震撼了!

曾负债240万元的00后湖北小伙,手搓飞行滑板爆火后,现身回应“假飞”质疑!记者现场见证:不是AI合成,太震撼了!

上观新闻
2026-10-25 07:33:35
开合不到20次屏幕就裂了,iPhone Duo陷"铰链门"

开合不到20次屏幕就裂了,iPhone Duo陷"铰链门"

硅屿手记
2026-10-24 02:12:04
当年指着杜锋骂,如今单场0分正负值-48!

当年指着杜锋骂,如今单场0分正负值-48!

有态度网友19z0aO
2026-10-26 03:00:06
44岁林依晨称“生完孩子痛经基本消失”,去年刚生下第二个孩子;生育能缓解痛经?医生:不一定

44岁林依晨称“生完孩子痛经基本消失”,去年刚生下第二个孩子;生育能缓解痛经?医生:不一定

都市快报橙柿互动
2026-10-25 15:59:31
教授夫妇双双从25楼跳下,账户查出700万流水,遗言:没有活着的希望

教授夫妇双双从25楼跳下,账户查出700万流水,遗言:没有活着的希望

悬案解密档案
2025-10-31 15:05:24
前金球奖负责人:获奖者不会提前得知结果,目前得知结果的人不超过五个

前金球奖负责人:获奖者不会提前得知结果,目前得知结果的人不超过五个

懂球帝
2026-10-25 18:30:06
中国女首富范红卫:年入8117亿,超华为成第3民企,她哪来的钱?

中国女首富范红卫:年入8117亿,超华为成第3民企,她哪来的钱?

照亮你的前行之路
2026-10-24 15:53:45
全面反华开始?西班牙点头,意大利也支持,用美国的方式对付中国

全面反华开始?西班牙点头,意大利也支持,用美国的方式对付中国

同一片海空里
2026-10-06 00:57:47
纪委开始严格倒查!基层岗位5类红线,千万不能碰!

纪委开始严格倒查!基层岗位5类红线,千万不能碰!

细说职场
2026-10-25 12:44:05
2026-10-26 05:27:00
BioArt植物 incentive-icons
BioArt植物
植物科学领域最新研究进展
9473文章数 8735关注度
往期回顾 全部

科技要闻

苹果首款折叠屏没能养肥黄牛

头条要闻

顾客一个避雷帖致小店营业额直接暴跌75% 女店主崩溃

头条要闻

顾客一个避雷帖致小店营业额直接暴跌75% 女店主崩溃

体育要闻

文班、约基奇和扬尼斯各自的处境

娱乐要闻

王佳佳近况:44岁导演老公露面

财经要闻

宁王AB面:好业绩,坏天气

汽车要闻

专业越野+华为乾崑智能 猛士X700限时焕新价20.98万起

态度原创

艺术
房产
教育
数码
军事航空

艺术要闻

家底丰厚的贵公子,最后散尽千金,留给民族无价珍宝

房产要闻

百亩大盘又 +1!攒量超 200 万㎡!江东,要燃起来了!

教育要闻

教育部47项白名单公布:成都家长别被"竞赛加分"话术忽悠了

数码要闻

联合创新“D32U1”31.5英寸显示器发售:4K 60Hz、USB-C 65W,1699元

军事要闻

泽连斯基:不会为结束冲突放弃更多领土

无障碍浏览 进入关怀版