責編 | 酶美
頭足綱（Cephalopoda）蛸亞綱（Coleoidea）的動物，包括章魚、魷魚和烏賊，憑藉著多種獨特的構造和能力，不僅從石炭紀繁榮至今，也多多少少地影響著人類的文化。這類動物最令人著迷的一點，可能就是在無脊椎動物中獨領風騷的智力以及複雜的行為了。
2017年的一項研究【1】，試圖把這一特徵和RNA編輯（RNA editing）聯繫起來。RNA編輯是一百多種不同的轉錄後修飾的統稱。其中在動物中最常見的為A-to-I編輯。這一編輯將RNA分子中的腺苷（adenosine, A）在酶的作用下轉變為肌苷（inosine, I）；肌酐在蛋白合成中會被核糖體識別為鳥苷（guanosine, G），因此A-to-I編輯相當於A-to-G編輯，也經常被簡稱為A-to-G編輯。有些A-to-G編輯會改變蛋白質序列（稱為非同義編輯），從而影響蛋白質功能和生物的適應度。
2017年的這項研究分析了4種蛸亞綱動物的神經組織轉錄組，發現每個物種的mRNA編碼區中存在3～5萬個A-to-G編輯位點，其中一半以上為非同義編輯。與頭足綱的其他類群以及非頭足綱動物相比，蛸亞綱動物中的A-to-G編輯位點數量要多得多。比如，人類只有約2000個A-to-G編輯位點。這些發現，加上蛸亞綱動物中的A-to-G編輯的神經系統特異性，似乎暗示A-to-G編輯與蛸亞綱動物的智力以及行為有著某種聯繫。這樣的聯想看來頗為誘人。然而，一類生物可以有很多獨有的特徵，這些特徵可能是互為因果，也可能只是剛好出現在了同一類生物中。
密西根大學生態與演化生物學系博士研究生江道涵與導師張建之教授於近日在Nature Communications雜誌上提出一個新的RNA編輯的進化模型：The preponderance of nonsynonymous A-to-I RNA editing in coleoids is nonadaptive 【2】。他們的研究 認為蛸亞綱的大量非同義RNA編輯並無適應價值。
生物演化往是在已有的系統上修修補補， 而修補常常是取演化過程中最易或最先發生的方式，而非最優的方式。這使得某些失去了功能甚至成為了累贅的性狀無法輕易消失。江道涵和張建之認為RNA編輯就可能是這樣的一個例子。為什麼A-to-G編輯即使沒有功能也可以在演化中被保留下來呢？因為A-to-G編輯可以在RNA水平上把A轉換成G，所以，當RNA編輯存在時，一些本是有害的由G到 A的突變就有可能在RNA及蛋白質水平上被「修復」，從而變得大致無害，因而有機會在種群中固定。
隨著這樣的突變在這個物種的基因組中不斷積累， RNA編輯變得必需。因為如果去除RNA編輯，這些突變就會集體「顯形」， 從而讓這些生物無法生存。這時，哪怕RNA編輯除了編輯這些突變位點外沒有其他功能，自然選擇也會把它保留下來。這種進退維谷的狀況對於這些生物個體顯然不是最優的——因為一般情況下一個位點只會在部分RNA分子中被編輯，造成修復不全；另外，「脫靶」的編輯也可能會影響本不需要編輯的蛋白質。
江道涵和張建之重新分析了4個蛸亞綱物種中的A-to-G編輯數據以檢驗他們的上述模型。通過比對4種蛸亞綱動物以及作為外群的鸚鵡螺和海兔的基因序列，他們重建了每個A-to-G編輯位點的演化歷史，進而找出經歷過由G到A替換又被編輯的非同義位點, 稱其為修復性編輯位點。與同義編輯位點相比，這些修復性編輯位點出現的機率更高，編輯水平也更高，符合他們的模型預測。修復性編輯的這些特徵，在其他的非同義編輯中並未發現。非修復性的非同義編輯位點出現的機率和編輯水平都不比同義編輯高。這些結果以及更進一步的分析顯示，即使在蛸亞綱動物中，非同義編輯整體上也是非適應性的，於此前在哺乳動物中的發現一致。
如果非同義編輯並沒有帶來什麼直接的益處，甚至還可能有害，而只是因為「修復」一些後來發生的突變而得以保留，那它一開始為什麼會出現呢？遺憾的是，這一問題目前尚無確切答案。對生物體自身的蛋白質序列進行修改，很可能從一開始就不是RNA編輯的主要功能。RNA編輯可能是因為其他原因（比如編輯外源有害RNA）而演化出來，而更改生物體自身蛋白質序列只是一個副產品。因為即使最初使得RNA編輯演化出來的選擇壓力已經消失，RNA編輯的「修復」作用也會使它在演化中被保留下來，這意味著RNA編輯最初出現的原因可能已無從知曉。
一類生物可以有很多獨特之處，但這些特徵之間未必有因果關係。當我們發現一類生物有某個獨特的形態或行為特徵，同時也有著某個獨特的分子表型，我們可能很容易覺得後者是前者的原因和機制；但實際情況未必如此。在對功能和機制進行推斷和解釋時，我們需要更加謹慎，避免不恰當地作出存在即合理的假設。存在可能只是不得已而為之。
原文連結：
https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaaw7908.full
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參考文獻
1. N. Liscovitch-Brauer et al., Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods. Cell 169, 191-202 (2017).
2. D. Jiang, J. Zhang, The preponderance of nonsynonymous A-to-I RNA editing in coleoids is nonadaptive. Nat Commun 10, 5411 (2019).