近日，中国农业大学植物保护学院彩万志/段元格团队在国际知名期刊《RNA》在线发表了题为《lncRNA roX1上面的大量RNA编辑是非适应性的》（Promiscuous RNA editing in lncRNA roX1 is generally non-adaptive）的研究论文。该研究通过巧妙的逻辑推理和假设检验，揭示了果蝇重要的长非编码RNA roX1上面的A-to-I RNA编辑事件是非适应性的。这是在昆虫中首次提出非适应性RNA编辑的概念。

A-to-I RNA编辑是在动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。在头足动物和昆虫中，发生在编码区的RNA编辑整体上是具有适应性的，受到正向自然选择。然而，整体上有利不代表每个RNA编辑位点都是有功能的。在昆虫中是否存在非适应性、非功能性的RNA编辑位点尚无系统性研究，这限制了我们对RNA编辑乃至生物多样性的起源、演化规律和生物学意义的理解。

本研究关注果蝇中重要的长非编码RNA（lncRNA）roX1。该lncRNA由X染色体上的基因转录而来，在雄性果蝇中协助MSL复合物完成对X染色体基因的剂量补偿。演化分析发现，roX1可能在果蝇科的祖先节点起源（图1A）。同时，roX1转录本上面鉴定到多达16个A-to-I RNA编辑位点（图1B）。本研究提出科学问题：roX1上面大量的RNA编辑位点，是随机噪音（非适应性产物）还是具有特定的生物学功能？

图1  果蝇科lncRNA roX1的起源与黑腹果蝇roX1转录本的二级结构及大量RNA编辑事件。

一个基本的逻辑是，由于roX1只在雄性果蝇中执行剂量补偿的功能，因此如果roX1上面的RNA编辑位点有功能，就只可能是通过最终影响雄性果蝇剂量补偿来实现，而不可能去参与其它无关的通路。因此，在roX1适应性RNA编辑的假设下，会引出两个预期结果：（1）roX1编辑事件在雄性果蝇中受正选择，其RNA编辑水平应该高于雌性，因为雌性中roX1并没有功能，其RNA编辑也应如此；（2）如果雄性果蝇roX1的RNA编辑被抑制，应该会影响X染色体基因整体的剂量补偿。

有趣的是，本研究发现，虽然雄性果蝇roX1表达量比雌性高出两个数量级，但RNA编辑水平在雌雄之间却没有显著差异，中位数都在20%左右。该现象在不同的果蝇品系中都观察到（图2）。这与适应性假设的预期相悖。

图2  雄性果蝇roX1表达量比雌性高出两个数量级，但RNA编辑水平却没有显著差异。

同时，本研究获取了两种Adar（RNA编辑酶）突变体果蝇的转录组。一种突变体是直接将Adar从基因组中删除掉，另一种是通过点突变使Adar催化结构域失活。和野生型相比，两种突变体果蝇roX1的RNA编辑都消失了（图3A）。但roX1基因表达量并不受影响（图3B），说明RNA编辑不调控roX1的表达。更为关键的是，突变体果蝇中X染色体所有基因的整体剂量补偿程度并没有发生显著变化（图3C）。这再次否认了适应性假设。

图3  在Adar突变体果蝇中，roX1的RNA编辑消失，但roX1基因表达量不变，且X染色体所有基因的整体剂量补偿程度并没有发生变化（将常染色体autosomal基因作为对照）。

综上所述，虽然该团队的一系列前期工作表明果蝇和众多昆虫中的RNA编辑整体上具有适应性，但并不代表每一个RNA编辑位点都是具有重要功能、提高生物适合度的。尤其是对于非编码区的编辑事件（包括基因的UTR、内含子或非编码基因），可能很多来自RNA编辑酶Adar的脱靶效应，因此本文使用了分子进化领域的“promiscuous”这个词来形容这种现象。同时，本研究的结果也支持了经典的“中性/近中性演化理论”和“分子错误假说”提倡的观点，即：不能看到任何生物学现象就自动认为它是具有适应性的，大部分多样性（尤其是微观层面的分子多样性）可能只是随机错误和漂变的结果。

中国农业大学植物保护学院博士生刘霁瑶为论文第一作者，段元格副教授和博士后马玲为通讯作者，团队彩万志教授、李虎教授、本科生谢秋骅等参与了该项工作。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/10.1261/rna.080591.125