廣東
近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院劉慧泉教授團(tuán)隊(duì)在Science Advances期刊上發(fā)表題為“Adaptive Spo11 RNA editing gate optimizes meiosis I pace and mitotic proliferation while preserving ascospore formation”的研究論文，揭示了小麥赤霉病菌（Fusarium graminearum）通過一套動(dòng)態(tài)的A-to-I RNA編輯機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)保守核酸內(nèi)切酶Spo11功能的時(shí)空調(diào)控，從而協(xié)調(diào)其在減數(shù)分裂、孢子形成與無性生長(zhǎng)中的多重角色。植保學(xué)院博士研究生吳夢(mèng)春為論文第一作者，劉慧泉和王秦虎教授為論文共同通訊作者。
真核生物中保守的Spo11蛋白通過催化DNA雙鏈斷裂（DSB）啟動(dòng)減數(shù)分裂重組，但其活性失控會(huì)威脅基因組完整性。
該研究發(fā)現(xiàn)FgSpo11以不依賴其DSB催化活性的方式，延緩減數(shù)第一次分裂（meiosis I）的進(jìn)程。此前在芽殖酵母中曾觀察到類似現(xiàn)象，該研究首次在絲狀真菌中通過遺傳學(xué)證據(jù)確認(rèn)了該獨(dú)立功能，并進(jìn)一步揭示Spo11的豐度決定了減數(shù)分裂的“剎車”力度：缺失導(dǎo)致分裂加速，而過量表達(dá)則引起延遲，表明Spo11是一個(gè)劑量依賴的減數(shù)分裂計(jì)時(shí)調(diào)控因子。
另一重要發(fā)現(xiàn)是FgSpo11在減數(shù)分裂之后仍發(fā)揮關(guān)鍵作用，且這一功能嚴(yán)格依賴其DSB活性。研究表明，F(xiàn)gSpo11能夠抑制減數(shù)分裂后過度的有絲分裂，保障子囊孢子正常形成。缺失FgSpo11導(dǎo)致超過64%的子囊中出現(xiàn)9個(gè)以上細(xì)胞核，孢子發(fā)育失敗。這是首次證明Spo11在孢子形成階段作為發(fā)育秩序的守護(hù)者，其使命并不隨減數(shù)分裂結(jié)束而終止。
上述多功能切換的核心調(diào)控機(jī)制，在于FgSPO11基因編碼區(qū)的一個(gè)提前終止密碼子（TAG）。在無性階段，該密碼子導(dǎo)致翻譯提前終止，僅產(chǎn)生無功能的截短蛋白，從而避免Spo11活性對(duì)基因組造成損傷。進(jìn)入有性生殖階段后，Tad2-Tad3-Ame1復(fù)合物催化A-to-I RNA編輯，將TAG轉(zhuǎn)變?yōu)門GG（色氨酸），精準(zhǔn)產(chǎn)生全長(zhǎng)功能蛋白。編輯效率從減數(shù)第一次分裂初期的約5%動(dòng)態(tài)上升至孢子形成階段的80%以上，實(shí)現(xiàn)了“關(guān)閉—低劑量—高劑量”的三級(jí)控制。
該研究揭示，一個(gè)單一位點(diǎn)的RNA編輯事件可作為“門控”與“變阻器”，在多個(gè)發(fā)育階段協(xié)調(diào)Spo11的DSB依賴與非依賴功能。系統(tǒng)發(fā)育分析進(jìn)一步表明，這種“缺陷基因+RNA編輯修復(fù)”的策略在糞殼菌綱多個(gè)支系中多次獨(dú)立起源，提示其具有重要的演化適應(yīng)性，可有效平衡有性生殖需求與無性階段的基因組安全性。該研究為理解真核生物生命周期權(quán)衡與轉(zhuǎn)錄組可塑性提供了新思路。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu7607
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