科學家破解章魚 「聰明」 之謎 犧牲基因換取 RNA 編輯

美國每日科學網站近日發表了題為《「聰明」的頭足綱動物犧牲基因組進化來換取大量RNA編輯》的報道。

章魚、魷魚和烏賊以能夠完成複雜的行為而聞名，比如打開水族箱的蓋子逃走或是迅速改變皮膚偽裝色以躲避捕食者。一項最新研究顯示，它們的神經系統在進化至如此複雜的過程中包含了一種與眾不同的機制：犧牲基因組 DNA 的進化來換取大量的 RNA 編輯。

這項研究由美國海洋生物實驗室的喬舒亞·羅森塔爾、以色列特拉維夫大學的伍茲·霍爾、伊萊·艾森伯格和諾亞·利什科維奇 - 布勞爾領銜，研究報告已發表在本周出版的美國《細胞》雙周刊上。

該研究基於科學家此前的一項發現，即魷魚在 RNA 編碼區——特別是神經系統的細胞內——呈現出異常高的編輯比率，從而使細胞能夠製造出多樣化的蛋白質。魷魚大腦中有 60% 以上的 RNA 轉錄體被重新編碼，而人類或果蠅的 RNA 只有不到 1% 被編輯過。

在此次研究中，科學家在另外三種「聰明」的頭足綱動物（兩種章魚和一種烏賊）體內也發現了同樣高的 RNA 編輯水平，並且在這類被稱為「鞘形亞綱」的頭足綱動物體內找到了數以萬計在進化中被保存下來的 RNA 編輯位點。他們發現，鞘形亞綱頭足綱動物的神經系統內的編輯活動尤為活躍，對在神經元興奮性和神經形態中發揮關鍵作用的蛋白質產生了影響。

他們發現，相比之下，較為原始的頭足綱動物鸚鵡螺和軟體動物海兔體內的 RNA 編輯水平要比鞘形亞綱頭足綱動物低得多。羅森塔爾說：「這表明，較高的 RNA 編輯水平並不總是軟體動物所特有的；它是鞘形亞綱頭足綱動物的發明。」哺乳動物體內只保存了很少的 RNA 編輯位點，而且這些 RNA 編輯位點並不被認為是自然選擇的結果。羅森塔爾說：「（鞘形亞綱）頭足綱動物體內有一些截然不同的活動，許多編輯事件被很好地保存下來，顯示出清楚的自然選擇的痕迹。」

科學家還發現，這類頭足綱動物體內存在一種令人驚訝的交換行為，即犧牲基因組進化來換取更高的 RNA 編輯水平。最常見的 RNA 編輯形式是由 ADAR 酶來完成的，這個過程需要位於編輯位點側面的大型結構（dsRNA）。這種結構可能包含數以百計的核苷酸，與編輯位點本身一起被保存在鞘形亞綱基因組內。研究團隊在報告中說，這些編輯位點側翼區的基因突變速率受到了嚴重抑制。

羅森塔爾說：「我們的結論是，為了保持這種 RNA 編輯的靈活性，鞘形亞綱頭足綱動物不得不放棄編輯位點周圍區域很大一部分進化能力。基因突變通常被認為是自然選擇的手段，而這些動物壓抑了基因突變以保持在 RNA 層面上進行編輯的靈活性。」

目前，羅森塔爾及其美國海洋生物實驗室的同事正在製作善操控基因的頭足綱動物模型系統，以研究它們的大量 RNA 編輯活動的機制和功能性結果。

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