Nature：新研究揭示RNA控制着多样性引发逆转录因子的逆转录

从北极永久冻土到黄石公园的温泉和人类肠道，全球微生物的基因组中都发现了多样性引发逆转录因子（diversity-generating retroelement, DGR）。DGR能够以天然基因编辑的形式将RNA逆转录回DNA。这一过程加速了蛋白的进化，以帮助微生物适应不断变化的环境。DGR在生态多样性微生物中产生大量蛋白序列变异（高达10³⁰）。

最近的一项调查发现，来自1500多个细菌和古生菌属的约31000个DGR，构成了90多种环境类型。DGR在人类肠道微生物组和纳米大小微生物中特别丰富，其中纳米级微生物似乎构成了大多数微生物生命，尽管基因组减少，但仍能维持DGR。DGR也与多细胞生物的出现有关。

在一项新的研究中，加州大学圣地亚哥分校的Partho Ghosh实验室利用低温电镜，通过可视化相关蛋白和RNA，找出了这种加速进化的第一步。相关研究结果于2025年1月8日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“RNA control of reverse transcription in a diversity-generating retroelement”。他们发现，RNA特别控制着加速进化，形成了在正确的地方启动、维持和停止这一过程的结构。

在编码蛋白的RNA模板的逆转录过程中发生变异，与腺苷的错误掺入相结合。在原型博德特氏菌噬菌体DGR中，RNA模板必须被上游和下游RNA片段包围，以便由DGR逆转录酶bRT和相关蛋白Avd的复合物进行互补DNA合成。RNA模板周围的上游和下游RNA片段的功能尚不清楚。

RNP相互作用和主动构象

Ghosh实验室发现这种RNA包裹bRT并位于桶形Avd上方，形成一种紧密的核糖核蛋白（RNP）。这种核糖核蛋白中丰富的基本相互作用精确地将RNA同源双链定位在bRT活性位点，以启动逆转录。这些研究结果解释了RNA模板周围的上游和下游RNA片段如何启动互补DNA合成，促进持续合成能力，终止聚合，并通过可能在属于亲缘关系较远的分类群的DGR中保守的机制将突变严格限制在特定蛋白上。

在许多微生物的DGR中鉴定出的这些RNA结构限制了适应所需的蛋白的加速进化，同时保护其他重要蛋白免受伤害。这项研究加深了科学家们对DGR进化起源的理解，并可能适用于未来的基因编辑技术。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sumit Handa et al. RNA control of reverse transcription in a diversity-generating retroelement. Nature, 2025, doi:10.1038/s41586-024-08405-w.