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突變是生物體改變性狀以及適應(yīng)性演化的源泉。在多細(xì)胞生物中，非同義 DNA 突變會在全部細(xì)胞中改變蛋白產(chǎn)物。這種 “全有或全無” 的特性可能會在不同的細(xì)胞、組織或器官間產(chǎn)生拮抗作用。因此，DNA 突變的多效性會極大地限制生物體的遺傳多樣性，降低生物體的適合度。腺嘌呤到次黃嘌呤（A-to-I）RNA 編輯是動物中廣泛存在的轉(zhuǎn)錄后修飾，在不改變基因組序列的情況下增加了蛋白產(chǎn)物的多樣性，規(guī)避了 DNA 突變多效性的局限，對生物體的適應(yīng)性演化可能有重要的作用。

果蠅的 RNA 編輯主要發(fā)生在神經(jīng)系統(tǒng)，且大量的 RNA 編輯位點(diǎn)位于蛋白編碼區(qū)。陸劍研究組在黑腹果蠅大腦轉(zhuǎn)錄組中鑒定到 2114 個(gè) A-to-I 編輯位點(diǎn)，其中 678 個(gè)潛在改變蛋白質(zhì)序列（非同義，Nonsyn），而且這些 Nonsyn 編輯位點(diǎn)主要富集在神經(jīng)功能相關(guān)的基因。與同義（Syn）RNA 編輯位點(diǎn)相比，Nonsyn 位點(diǎn)呈現(xiàn)出非常強(qiáng)的適應(yīng)性演化信號: 1）Nonsyn 位點(diǎn)在 mRNA 上發(fā)生的密度顯著高于中性（隨機(jī)）情況下的期望值，2）Nonsyn 比 Syn 位點(diǎn)有更高的編輯水平。通過對近緣種擬果蠅和擬暗果蠅大腦轉(zhuǎn)錄組的深度測序及演化基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)近一半的編輯位點(diǎn)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義 RNA 編輯位點(diǎn)的密度越高，從而在表觀遺傳學(xué)層面拓寬了序列的多樣性。比較基因?qū)W分析表明，RNA 編輯在演化過程中是高度動態(tài)的，新的 RNA 編輯位點(diǎn)不斷產(chǎn)生，而那些被功能已建立的編輯事件則在漫長演化過程中被自然選擇作用所保留下來。研究還發(fā)現(xiàn)在高溫脅迫實(shí)驗(yàn)中，溫度對 RNA 編輯水平的影響超過了性別因素，揭示了 RNA 編輯可能參與果蠅的脅迫應(yīng)答。該研究揭示了果蠅 RNA 編輯在演化上的適應(yīng)性，對認(rèn)識 RNA 編輯的演化和功能提供了新思路。

陸劍研究員為該論文的通訊作者。生命中心博士生段元格、生科院博士生竇圣乾、博士后羅詩琦是論文的*作者，生科院博士生張宏為論文的共同作者。本研究得到了李川昀、李程、羅冬根和 Billy Jin Li 教授的大力協(xié)助，得到了國家自然科學(xué)基金、科技部、科研啟動經(jīng)費(fèi)和北大 - 清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。

和本文同時(shí)期向 PLOS Genetics 投稿的斯坦福大學(xué) Billy Jin Li 教授研究組也利用比較基因組學(xué)方法在果蠅中發(fā)現(xiàn)大量的位于編碼區(qū)和非編碼區(qū)的 RNA 編輯事件，并揭示了順式調(diào)控元件對這些編輯位點(diǎn)演化模式的作用機(jī)制。

果蠅腦組織中 RNA 編輯位點(diǎn)的鑒定和演化適應(yīng)性 （A）鑒定黑腹果蠅腦組織 RNA 編輯位點(diǎn)的流程；（B）不同果蠅物種的 RNA 編輯位點(diǎn)的演化關(guān)系；（C）RNA 編輯位點(diǎn)的密度與基因 / 位點(diǎn)保守性的關(guān)系；（D）不同溫度條件下編輯水平的對比；（E）果蠅不同發(fā)育階段的 RNA 編輯酶 ADAR 與 PSEB 基因的表達(dá)情況