上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
同義突變（Synonymous mutation）是指編碼 DNA 序列發(fā)生變化但不改變所編碼的氨基酸，因此也就不會(huì)改變蛋白質(zhì)序列，這是由于遺傳密碼系統(tǒng)的簡并性（不止一個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)同一個(gè)氨基酸）。人們長期以來一直認(rèn)為，絕大多數(shù)同意突變都是無意義的，只有少數(shù)例外。
值得注意的是，近年來有研究顯示，某些同義突變可能會(huì)影響轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后過程。還有體外研究顯示，同義突變可能會(huì)改變 RNA 結(jié)構(gòu)并影響其功能。盡管這些發(fā)現(xiàn)表明同義變化在細(xì)胞功能和生物體適應(yīng)性方面發(fā)揮著作用，但在多細(xì)胞生物中，關(guān)于同義突變影響生物性狀或相關(guān)作用模式的遺傳證據(jù)仍然很少。
2025 年 7 月 1 日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所楊學(xué)勇研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文院士、英國約翰英納斯研究中心丁一倞研究員團(tuán)隊(duì)與河南大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、芝加哥大學(xué)的研究人員合作，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：Recessive epistasis of a synonymous mutation confers cucumber domestication through epitranscriptomic regulation 的研究論文。
該研究首次在遺傳學(xué)上證明了同義突變可通過改變 m6A修飾和 mRNA 結(jié)構(gòu)構(gòu)象來調(diào)控馴化的重要性狀。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知，同時(shí)凸顯出同義突變在作物改良策略中可能具有重要價(jià)值。未來深入研究同義突變在RNA 修飾與結(jié)構(gòu)調(diào)控中的功能，有望為作物改良開辟新的路徑。
同義突變，曾被認(rèn)為是“沉默”突變，如今越來越引起生物學(xué)家的興趣。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)通過 m6A 修飾和 RNA 結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的表觀轉(zhuǎn)錄組調(diào)控來控制馴化性狀的同義突變的生物體實(shí)例。封面圖片描繪了卷曲的黃瓜卷須逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?RNA 鏈，左側(cè)的野生黃瓜的卷須上停著一只蜜蜂，象征著 m6A 修飾，展示了同義突變?nèi)绾卧隈Z化過程中改變 m6A 修飾和 RNA 結(jié)構(gòu)。
上位效應(yīng)是一種遺傳學(xué)現(xiàn)象，是指不同的非等位基因間的相互作用對(duì)表型產(chǎn)生影響，可分為顯性上位和隱性上位，在顯性上位中，顯性基因阻礙其他對(duì)基因的作用；而隱性上位則由隱性基因阻礙其他對(duì)基因的作用。上位效應(yīng)作為非加性基因作用的一種，與雜種優(yōu)勢的形成密切相關(guān)，對(duì)數(shù)量性狀的遺傳改良具有重要作用。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出了兩個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的、上位相互作用的基因——YTH1和ACS2，前者編碼 RNA m6A 修飾的閱讀器蛋白，后者編碼催化植物激素乙烯合成的限速酶 ACC 合酶，這兩個(gè)基因共同促進(jìn)了黃瓜果實(shí)長度的馴化。
具體來說，該研究發(fā)現(xiàn)，
ACS2基因中的致病突變是 1287C>T 的同義突變。在野生型黃瓜中，
ACS2
1287C會(huì)導(dǎo)致附近腺苷殘基發(fā)生 m6A 修飾，并形成松散的 RNA 結(jié)構(gòu)構(gòu)象。YTH1 能識(shí)別 m6A 修飾，使 RNA 的折疊平衡傾向于最弱的結(jié)構(gòu)構(gòu)象，并提高 ACS2 蛋白水平，從而導(dǎo)致黃瓜果實(shí)變短。 而在栽培黃瓜中，
ACS2
1287T會(huì)破壞 m6A 修飾，并形成緊湊的 RNA 結(jié)構(gòu)構(gòu)象，從而導(dǎo)致 ACS2 蛋白質(zhì)生成減弱，從而黃瓜果實(shí)變長。
這項(xiàng)研究表明，黃瓜在馴化過程中被選擇的一個(gè)關(guān)鍵同義突變——ACS21287C>T，野生黃瓜中為
ACS21287C ，栽培黃瓜中為
ACS21287T ， 這個(gè)突變并沒有導(dǎo)致蛋白質(zhì)序列的變化，但破壞了
ACS2mRNA 上的 m 6 A 修飾，影響了 m6A 修飾的閱讀器 YTH1 的結(jié)合，并形成了更緊湊的 RNA 結(jié)構(gòu)構(gòu)象，進(jìn)而顯著降低了 ACS2 蛋白生成效率，減少了抑制細(xì)胞分裂的植物激素乙烯的生成，最終導(dǎo)致黃瓜果實(shí)的顯著伸長。
這項(xiàng)研究首次在植物中提供了同義突變通過表觀轉(zhuǎn)錄調(diào)控（m6A和 RNA 結(jié)構(gòu)）決定重要馴化性狀的完整分子證據(jù)鏈，挑戰(zhàn)了同義突變“沉默無害”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。
這項(xiàng)研究的亮點(diǎn)和意義：
顛覆認(rèn)知： 證明了“沉默”的同義突變能通過表觀轉(zhuǎn)錄調(diào)控發(fā)揮巨大生物學(xué)作用，影響復(fù)雜性狀（果實(shí)大小）。
機(jī)制創(chuàng)新： 清晰揭示了同義突變?nèi)绾瓮ㄟ^雙重作用（破壞m6A修飾 + 改變 RNA 結(jié)構(gòu)）來調(diào)控基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成效率。
應(yīng)用潛力： 加深了對(duì)作物馴化分子基礎(chǔ)的理解，為未來通過精準(zhǔn)編輯（例如同義突變設(shè)計(jì)）改良作物性狀（例如產(chǎn)量）提供了新思路。證明了調(diào)控 RNA 結(jié)構(gòu)和修飾是育種的新靶點(diǎn)。
普遍意義： 為理解其他生物（包括人類）中同義突變與疾病或表型的關(guān)系提供了重要參考。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所楊學(xué)勇研究員，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文院士和英國約翰英納斯中心丁一倞研究員為論文共同通訊作者；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所辛同旭博士、河南大學(xué)張震副教授、英國約翰英納斯中心張?jiān)卢?/strong>博士和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所已畢業(yè)碩士生李旭彤為論文共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00674-9
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