绿藻线粒体mRNA 3'端寡胞苷酸化现象的跨类群分布特征及其进化意义

这篇研究首次在绿藻门石莼目（Ulvales）中发现线粒体mRNA 3'端非模板寡胞苷酸化（oligo(C)）现象，突破了该修饰仅存在于绿藻纲（Chlorophyceae）的传统认知。通过RNA-seq和环化逆转录PCR（circRT-PCR）技术对UTC分支（石莼纲-共球藻纲-绿藻纲）的系统分析，揭示了oligo(C)修饰在核心呼吸链基因（如cox1/2/3、nd1/6等）上的保守分布模式，为绿藻线粒体转录后调控机制研究提供了新视角。

　　

引言

线粒体作为真核细胞的能量工厂，其基因表达系统在不同生物类群中展现出惊人的多样性。绿藻门中的绿藻纲（Chlorophyceae）物种此前是唯一已知存在线粒体mRNA 3'端非模板寡胞苷酸化（oligo(C)）现象的类群，这种特殊修饰被认为可能参与mRNA稳定或环化过程。本研究将视野拓展至绿藻门的石莼纲（Ulvophyceae）和共球藻纲（Trebouxiophyceae），通过多组学联用技术揭示了这一现象的进化分布规律。

材料与方法

研究团队采集了石莼属（Ulva sp.）、羽藻（Bryopsis plumosa）和刺松藻（Codium fragile）等代表性藻类，采用Illumina平台完成线粒体基因组测序。创新性地结合RNA-seq与环化逆转录PCR（circRT-PCR）技术，对全部线粒体编码基因的3'端进行系统筛查。特别针对cox、nd等呼吸链复合体基因设计了跨物种比对策略，并通过核苷酸频率谱分析确认oligo(C)修饰的特异性。

结果

在石莼属线粒体中发现8个基因存在oligo(C)修饰，包括atp6、cox1-3、nd1/4/6等核心呼吸链基因。这些修饰呈现三大特征：

1. 1.

   长度变异：修饰长度在0-13个胞苷酸之间波动

2. 2.

   位置偏好：倾向于出现在AU富集区

3. 3.

   丰度差异：cox1基因的修饰比例在circRT-PCR中高达74.3%，显著高于RNA-seq的10.8%

值得注意的是，同为石莼纲的羽藻和刺松藻（属于蕨藻目Bryopsidales）则完全缺失该现象。共球藻纲的三个物种（Diplosphaera sundellii、Coccomyxa sp.、Chlorella vulgaris）同样未检测到任何修饰痕迹。

讨论

1. 1.

   进化意义：oligo(C)修饰在石莼目与绿藻纲的保守出现，暗示这可能是UTC分支中两个近缘类群的共衍征（synapomorphy）。系统发育分析支持石莼目可能是绿藻纲的姐妹群。

2. 2.

   功能推测：修饰基因均编码呼吸链核心组分，其circRT-PCR检测率显著升高的现象，佐证了oligo(C)可能促进mRNA环化（circRNA形成）的假说。

3. 3.

   技术突破：本研究建立的circRT-PCR定量方案，克服了传统RNA-seq在检测稀有修饰方面的灵敏度局限。

结论

该研究首次将线粒体mRNA寡胞苷酸化现象的地理版图从绿藻纲拓展至石莼纲，为理解真核生物线粒体转录后调控的进化提供了关键拼图。未来研究可聚焦于鉴定催化该修饰的核酸转移酶，以及探究oligo(C)在mRNA环化与翻译调控中的精确作用机制。