近日，植保学院作物病原真菌功能基因组学研究团队刘慧泉教授课题组在《Nature Communications》上在线发表了题为“Unveiling the A-to-I mRNA editing machinery and its regulation and evolution in fungi”的研究论文，揭示了真菌中A-to-I mRNA编辑的酶复合体，并明确了其起源、进化和调控机制。该研究为真菌病害防控和基因编辑工具开发提供了重要的新思路。

A-to-I mRNA编辑是一种关键的遗传信息修饰机制，它能够在mRNA分子中将腺苷（A）转变为肌苷（I）。由于肌苷（I）在化学结构上与鸟苷（G）相似，因此在蛋白质翻译过程中，肌苷（I）会被当作鸟苷（G）来识别和使用，从而可能导致编码的蛋白序列发生变化。过去，A-to-I mRNA编辑主要在动物中被研究和报道，但刘慧泉团队在2016年首次在真菌中发现了这一现象，并证明它在小麦赤霉病菌等真菌的有性生殖和适应性进化中起着至关重要的作用。在动物中，A-to-I mRNA编辑是由ADAR酶催化的，但真菌中并不存在ADAR的同源基因，这使得真菌中A-to-I mRNA编辑的发生机制成为一个科学谜题。刘慧泉团队经过近8年的深入研究，终于揭开了真菌A-to-I mRNA编辑的发生机制。主要研究发现：

真菌中A-to-I mRNA编辑由Tad2-Tad3-Ame1酶复合体催化。Tad2-Tad3异源二聚体是真核生物中保守的tRNA特异的腺苷脱氨酶，主要负责tRNA反密码子环上第34位的A-to-I编辑。真菌中特异性进化出的一种蛋白Ame1打破了这一底物识别的限制，使得Tad2-Tad3-Ame1三元复合体能够识别和编辑mRNA。

真菌中A-to-I mRNA编辑特异性发生在有性生殖阶段的原因。mRNA编辑激活因子Ame1仅在有性生殖阶段诱导表达，这是A-to-I mRNA编辑特异性发生在有性生殖阶段的直接原因。此外，转录水平和翻译后水平的调控对编辑酶复合体在有性生殖阶段的活性也起到关键作用。A-to-I mRNA编辑虽然对真菌有性生殖有利，但当在无性阶段人工表达Ame1激活A-to-I mRNA编辑后会对小麦赤霉病菌生长和侵染不利。因此，A-to-I mRNA编辑特异性发生在有性生殖阶段，不仅避免了由编辑自身带来的生存与生殖之间的权衡问题，还能化解因基因拮抗多效性造成的生存与生殖权衡，从而促进真菌在生存与生殖两方面的最优化。

真菌中A-to-I mRNA编辑机制的起源和进化。mRNA编辑激活因子Ame1的同源基因在真菌界中普遍存在，并在不同真菌世系中经历了多次复制和水平基因转移事件。特别是在粪壳菌纲和锤舌菌纲真菌的最近共同祖先上，发生了一次基因复制事件。这一复制事件产生的一个拷贝在粪壳菌纲真菌的进化过程中，通过快速变异，获得了与Tad3互作的能力，最终进化成了mRNA编辑激活因子Ame1。

真菌A-to-I mRNA编辑系统具有广阔的应用前景。研究表明，真菌的A-to-I mRNA编辑系统具有广泛的适用性，可用于基因编辑工具的设计和开发，特别是针对基因治疗，用于修复人类的遗传疾病。此外，A-to-I mRNA编辑酶复合体将是控制真菌病害的优良靶标。

真菌中A-to-I mRNA编辑酶复合体的工作原理和调控机制

植保学院刘慧泉教授为论文通讯作者，博士后冯婵婧、辛凯芸等为论文共同第一作者。康振生院士、王晓杰教授、江聪研究员和王秦虎副教授以及生命学院黄伟伟副教授对论文研究也做出了重要贡献。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、博士后创新人才支持计划等项目资助。

论文全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48336-8?utm_campaign=related_content&utm_source=HEALTH&utm_medium=communities