DNA雙鏈斷裂是細(xì)胞生命活動(dòng)中最為危險(xiǎn)的損傷之一，關(guān)乎基因組的穩(wěn)定性。在真核生物中，同源重組（HR）作為一種高保真的修復(fù)機(jī)制，在修復(fù)損傷的同時(shí)，也承擔(dān)著有性生殖過(guò)程中遺傳多樣性的重編程任務(wù)。然而，生物體在不同生命階段與環(huán)境壓力下，對(duì)DNA修復(fù)活性的需求并非恒定。例如，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，細(xì)胞需要應(yīng)對(duì)熱脅迫帶來(lái)的復(fù)制壓力；而在有性生殖階段，精確的減數(shù)分裂又需要嚴(yán)格控制重組過(guò)程。這種不同階段對(duì)修復(fù)因子的“用量”差異，形成了一個(gè)內(nèi)在的權(quán)衡。如何在正確的時(shí)間、地點(diǎn)，精準(zhǔn)調(diào)控修復(fù)因子的活性，是生命體面臨的一個(gè)核心問(wèn)題。

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉慧泉教授團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表題為“Epitranscriptomic RNA editing resolves Mus81 DNA repair tradeoffs in heat tolerance and meiosis”的研究論文。該研究揭示，小麥赤霉病致病菌——禾谷鐮孢菌（Fusarium graminearum）通過(guò)一種性階段特異的RNA編輯機(jī)制，對(duì)關(guān)鍵DNA修復(fù)蛋白FgMus81進(jìn)行“微調(diào)”，巧妙地化解了其在熱適應(yīng)與有性生殖之間的功能沖突。植保學(xué)院劉慧泉教授為論文通訊作者，博士研究生吳夢(mèng)春和劉駿峰為論文共同第一作者。

研究發(fā)現(xiàn)，非同源重組修復(fù)因子FgRad51對(duì)于無(wú)性發(fā)育并非必需，但卻是有性生殖的核心。在眾多下游因子中，F(xiàn)gMus81的角色尤為特殊。缺失FgMus81的菌株，減數(shù)分裂過(guò)程出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，形成異常子囊孢子，同時(shí)其對(duì)高溫脅迫的耐受性也顯著降低。令人意外的是，這種功能并不依賴于其經(jīng)典的核酸酶活性，也與其常規(guī)伴侶蛋白FgMms4無(wú)關(guān)，暗示FgMus81在禾谷鐮孢菌中以一種非經(jīng)典的方式發(fā)揮著重要作用。

研究進(jìn)一步揭示了FgMus81調(diào)控的“開關(guān)”。在減數(shù)分裂階段，F(xiàn)gMUS81的信使RNA（mRNA）上會(huì)發(fā)生一個(gè)特異的A-to-I編輯事件，導(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)第420位氨基酸從天冬酰胺（N）變?yōu)樘於彼幔―）。通過(guò)構(gòu)建無(wú)法編輯的突變體，作者發(fā)現(xiàn)這個(gè)單一位點(diǎn)的編輯（N420D）對(duì)于正常的有性發(fā)育至關(guān)重要。有趣的是，提前在基因組中固定編輯后的“D”型版本，雖然能挽救減數(shù)分裂缺陷，但會(huì)損害菌株在高溫下的生長(zhǎng)；而固定未編輯的“N”型版本，則會(huì)導(dǎo)致減數(shù)分裂異常。

這種“此消彼長(zhǎng)”的現(xiàn)象源于編輯對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的調(diào)控。生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，編輯后的FgMus81?2??蛋白在體內(nèi)外均表現(xiàn)出更快的降解速率，從而降低了其在細(xì)胞內(nèi)的有效“劑量”。在減數(shù)分裂過(guò)程中，過(guò)高的FgMus81劑量反而會(huì)干擾核分裂，阻礙子囊孢子形成；而在高溫脅迫下，更高的FgMus81劑量則有助于應(yīng)對(duì)復(fù)制壓力，維持細(xì)胞活力。因此，性階段特異的RNA編輯，相當(dāng)于一個(gè)精妙的“劑量調(diào)節(jié)器”，在需要時(shí)臨時(shí)降低FgMus81的活性，以滿足減數(shù)分裂的精密要求，同時(shí)不影響其在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段應(yīng)對(duì)高溫脅迫的功能。

該研究的進(jìn)化分析顯示，N420D編輯位點(diǎn)并非禾谷鐮孢菌獨(dú)有，在部分糞殼菌綱（Sordariomycetes）真菌中存在，但其編輯能力在進(jìn)化中經(jīng)歷了多次得失，反映了不同物種在生活史與生態(tài)適應(yīng)策略上的分化。這種利用RNA臨時(shí)修飾而非永久DNA突變來(lái)調(diào)節(jié)關(guān)鍵蛋白功能的策略，為理解生物體如何應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的生存環(huán)境提供了全新視角。

READING

BioPeers

歡迎關(guān)注本公眾號(hào)，所有內(nèi)容歡迎點(diǎn)贊，推薦??，評(píng)論，轉(zhuǎn)發(fā)~

如有錯(cuò)誤、遺漏、侵權(quán)或商務(wù)合作請(qǐng)私信小編~~

歡迎大家投稿課題組 研究進(jìn)展 、招聘及招生宣傳~

所有文章只為科普、科研服務(wù)，無(wú)商業(yè)目的~