章魚、魷魚和烏賊經(jīng)常并不嚴格地遵循其DNA中的遺傳指令，相反，它們利用酶清除RNA中的特定堿基A（腺苷），并且利用一種不同的堿基I（肌苷）替代它們。大多數(shù)動物很少使用這種被稱作RNA編輯的過程重新編碼蛋白，但章魚等頭足類動物在一半以上的轉(zhuǎn)錄基因中編輯RNA。在一項新研究中，當研究人員定量和描述頭足類動物的這種RNA編輯程度時，發(fā)現(xiàn)這種遺傳策略深刻地限制了頭足類動物基因組的進化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近日出版的《細胞》期刊上。

之前，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)章魚利用RNA編輯快速地適應(yīng)溫度變化，而且魷魚神經(jīng)元中的絕大多數(shù)RNA轉(zhuǎn)錄本含有這些編輯。而在這項新研究中，研究人員希望發(fā)現(xiàn)這些編輯過程在頭足類動物譜系中如何進化出來，以及如何影響這些動物基因組進化。

實際上，脊椎動物細胞也能發(fā)生RNA編輯，但很少使用。人類有2萬個基因，但僅幾十個RNA編輯位點可能編碼功能性蛋白。研究人員估計，魷魚也有大約2萬個基因，但是至少有6萬個活性RNA編輯位點。

論文共同通信作者、以色列特拉維夫大學(xué)生物物理學(xué)家Eli Eisenberg說，“基本上，這是一種制造并不編碼DNA中的蛋白質(zhì)。它們并不存在于基因組序列中。對這些頭足類動物而言，這并不是一種例外，而是一種規(guī)則。這是大多數(shù)蛋白發(fā)生編輯的規(guī)則。”

事實上，RNA編輯如此罕見以至于它并不被認為是遺傳學(xué)的“中心法則”的一部分。論文共同通信作者、美國伍茲霍爾海洋生物學(xué)實驗室頭足類動物神經(jīng)生物學(xué)家Joshua Rosenthal表示，“自從沃森與克里克發(fā)現(xiàn)遺傳信息儲存在DNA中以來，我們的看法就是所有的信息儲存在DNA中，而且它忠實地被復(fù)制到另一種分子（即RNA），隨后經(jīng)翻譯后產(chǎn)生發(fā)揮功能的蛋白。人們通常認為這是一種非常忠實的過程。但魷魚中的RNA并不總是這樣，而且事實上，這種有機體進化出一種強大的方法操縱RNA中的信息。”

針對不同的頭足類動物開展的分析，揭示出這種RNA編輯模式存在于兩種章魚物種、常見的墨魚和一種魷魚物種中，它們都屬于頭足綱中的鞘亞綱，并以具有復(fù)雜的捕食行為和社會行為而為人所知。然而，當研究人員在與章魚親緣關(guān)系較遠的鸚鵡螺中檢查了RNA編輯的跡象時，他們也發(fā)現(xiàn)了更低水平的RNA編輯。為了進行比較，他們還發(fā)現(xiàn)RNA編輯水平在加州海兔屬軟體動物中也是較低的。

此外，廣泛的RNA編輯具有強健的進化結(jié)果。RNA編輯酶僅能作用于被一種大的RNA超結(jié)構(gòu)包圍的堿基對。如果靶點任何一側(cè)的堿基發(fā)生突變，那么有機體就可能喪失編輯該靶標的能力。而且，研究人員還發(fā)現(xiàn)，章魚和魷魚等并不能承受在其RNA可編輯的基因中發(fā)生的DNA突變，因此它們?yōu)榱诉x擇RNA編輯，放棄基因組DNA經(jīng)常發(fā)生突變帶來的益處。

“我們通常利用它是否能解答一些挑戰(zhàn)以考慮進化——為何RNA重編碼不被使用？” Eisenberg說，“如今，我們有一個例子說明當大量地使用RNA編輯時會發(fā)生什么。我們知道這存在代價。代價就是延緩基因組進化。頭足類動物很可能選擇RNA編輯而不是基因組進化，而且脊椎動物可能具有其他的選擇：它們偏好基因組進化而不是RNA編輯?！?/p>

鑒于很多頭足類動物對編碼關(guān)鍵的神經(jīng)蛋白的RNA進行大量編輯，研究人員還想知道RNA編輯能否導(dǎo)致章魚和同類具有非凡的智力。例如，章魚不僅在捕食時狡猾無比，而且它們也在逃避刺耳聲音時也足夠聰明。它們通過噴射墨汁自我躲藏、改變皮膚顏色給同伴傳遞信號，以及通過觀察進行學(xué)習(xí)。

目前，研究人員正用一種章魚動物模型研究RNA編輯是否在頭足類動物行為中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。針對RNA編輯在行為中發(fā)揮的作用開展的實驗將需要章魚在實驗室中生長良好，而且能對它們進行基因操縱。Rosenthal說，“RNA編輯是一種優(yōu)雅的系統(tǒng)，能給遺傳信息添加靈活性，但是找出它何時和如何被使用才是一項真正的挑戰(zhàn)。”