近日，我室彩万志/李虎/段元格团队在核酸领域著名期刊《Nucleic Acids Research》（核酸研究）在线发表了题为《On the origin, evolution, and maintenance of RNA editing》（RNA编辑的起源、演化与维持）的论文。
RNA编辑是各界生物中普遍存在的转录后修饰，在不改变基因组序列的情况下增加了转录组多样性。广义的RNA编辑包括A-to-I RNA编辑、C-to-U RNA编辑、碱基插入缺失类型的RNA编辑等。RNA编辑现有的功能包括如下几个方面（图1）：（1）增加转录组与蛋白组多样性；（2）回补有害的DNA突变；（3）避免内源性dsRNA引发免疫反应。关于RNA编辑机制的起源及最初的功能，也有不同的理论，包括（图1）：（1）抑制基因组自私元件，即mobile genetic element（MGE），包括转座子TE等；（2）阻止内源性dsRNA产生免疫反应；（3）在constructive neutral evolution（CNE）模式下起源，最初并不提高生物适合度，后来才衍生出了其它具有适应性的功能。
图1 RNA编辑的现有功能与可能的起源模式，每种理论的代表性文献如图所示
在本文中，作者首先探讨了RNA编辑抑制MGE的可能性。作者认为，该理论存在如下尚未解决的关键问题（图2）：（1）目前仅A-to-I RNA编辑可能与MGE相关，因为转座子TE通常包含反向重复序列从而会转录形成dsRNA，被编辑酶ADAR所识别。其它形式的RNA编辑并没有证据表明与MGE相关。并且，由于A-to-I RNA编辑阻止了dsRNA触发自身免疫反应，因此RNA编辑机制反而容忍了dsRNA的存在，也间接容忍了TE，使之不再因为触发免疫反应而受到负选择，这与RNA编辑抑制MGE的理论相悖；（2）在以上的事实基础上，如果RNA编辑还能通过其它方式抑制MGE，其具体分子机制并不清楚；（3）RNAi通路可以抑制MGE，但由于ADAR会和RNAi通路竞争dsRNA底物，一定程度上降低RNAi效率，因此ADAR在这个通路中反而起到了保护MGE的作用；（4）ADAR介导的RNA编辑机制起源于后生动物祖先，而RNAi通路的起源更早，既然已经有了RNAi抑制MGE，为何需要RNA编辑专为抑制MGE而诞生？这表明RNA编辑最初更可能是执行其它功能；（5）植物不存在ADAR介导的RNA编辑，但植物仍然能够设法控制基因组中的MGE，这进一步削弱了RNA编辑用于抑制MGE的必要性和迫切性。
因此，目前更可能的解释是，A-to-I RNA编辑最初产生是为了防止内源性dsRNA引起自身免疫反应，后来衍生出了其它有利的功能如增加蛋白多样性。而对于其它RNA编辑形式如C-to-U RNA编辑和碱基插入缺失类型的RNA编辑，它们与MGE的关联度很低。并且，我们也不需要用一个“大一统理论”来涵盖所有类型RNA编辑的起源模式。
图2 关于RNA编辑抑制MGE的理论尚未回答的几个问题
接下来，作者探讨了RNA编辑的CNE起源理论。CNE理论与“有害容忍”（harm-permitting）理论类似，强调因为纠错机制的存在而使得本来有害的事情发生了。作者提出，当我们讨论RNA编辑是否为CNE起源时，需要明确是在讨论RNA编辑机制的起源还是特定RNA编辑位点的产生。RNA编辑机制的起源是瞬时的，但新的RNA编辑位点却在演化过程中持续产生（图3）。不论RNA编辑机制是如何起源的，目前已有确凿的证据表明，特定RNA编辑位点的产生符合CNE模型，尤其是植物线粒体/叶绿体中的C-to-U RNA编辑，通常能回补有害的DNA突变。除了CNE起源的位点，适应性和非适应性的RNA编辑位点也在不断产生。适应性RNA编辑位点在昆虫等无脊椎动物和真菌中已有报道，而该团队近期在果蝇剂量补偿相关lncRNA roX1上也首次报道了昆虫中确凿的非适应性RNA编辑（Liu et al., 2025, RNA），这些例子充分说明了RNA编辑位点的功能多样性。
图3 RNA编辑的CNE起源理论。左边为RNA编辑机制的起源，右边为特定编辑位点的起源。
最后，作者讨论了RNA编辑位点的维持机制和不可替代性。以特定A-to-I RNA编辑位点为例，其时空特异性灵活调控的特点（即“可编辑性”）决定了这些编辑位点不能被基因组A-to-G突变所取代（Xie & Duan, 2025, J. Mol. Evol.）。总的来说，该论文兼具逻辑性和趣味性，一方面理清了RNA编辑位点现有功能和RNA编辑机制的起源之间的关系，同时也探讨了维持特定编辑位点的演化驱动力，强调RNA编辑的功能多样性、复杂性与不可替代性，加深了对转录后修饰的适应性演化及其与基因组自私元件互作关系的理解。
中国农业大学植物保护学院段元格副教授为论文第一作者，李虎教授和段元格副教授为通讯作者，团队彩万志教授等参与了该项工作。该研究得到北京市面上项目、中国科协及北京市科协青年人才托举工程、中国农业大学2115人才培育发展计划等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf947
