中国农业大学植保学院罗诗琦、段元格合作揭示蜜蜂肠道菌调控宿主A-to-I RNA编辑

近日，中国农业大学植物保护学院罗诗琦、段元格合作在国际知名期刊Genome Research在线发表研究论文Dynamic A-to-I RNA editing in response to gut microbiome in honeybees，该研究首次系统揭示了蜜蜂肠道菌通过精准调控RNA编辑系统中“编辑者”自身的活性状态，重塑宿主神经系统的基因表达格局；不仅深化了对蜜蜂肠道菌与神经系统互作机制的认识，也为理解“肠道菌如何塑造动物行为”这一重要生命科学问题提供了新的研究范式。

动物肠道中的共生微生物不仅能帮助消化，还能通过“脑肠轴”影响宿主的大脑功能和行为，然而“脑肠轴”作用机制仍有诸多未解之处。蜜蜂因其肠道菌群组成简单稳定，且具有复杂的社会分工和行为可塑性，成为研究该问题的理想模型。

从肠道菌到大脑：RNA编辑水平在有菌蜂中显著上调

RNA编辑是后生动物中一种重要的转录后修饰机制，能够在基因组DNA序列不变的前提下，通过改变RNA上的碱基，增加转录组和蛋白组的多样性，从而提升生物体的可塑性和环境适应能力。腺嘌呤到次黄嘌呤（A-to-I）RNA编辑是最常见的形式，多发生于神经系统相关基因。由于I会被识别为G，其编辑效果类似于A-to-G突变。

研究团队以西方蜜蜂为模型，构建了无菌组和正常有菌组蜜蜂，通过头部转录组测序系统比较两组个体RNA编辑水平的差异。结果发现，拥有正常肠道菌群的蜜蜂，其脑部整体RNA编辑水平显著高于无菌蜜蜂。但是，负责执行A-to-I RNA编辑的关键酶Adar的表达量在两组间并无显著差异，提示肠道微生物的存在可能影响了该酶的活性，而非其表达量。

锁定关键靶点：Adar酶自身的“编辑开关”

进一步分析显示，有菌组不同个体间的RNA编辑程度存在差异，且与肠道菌群组成密切相关。研究团队鉴定出一个关键调控位点——位于Adar酶催化结构域的p.482 Ile>Met“自身编辑位点”。该位点的编辑水平与蜜蜂肠道核心菌群中的Lactobacillus和Bombilactobacillus的丰度呈显著正相关。Sanger测序进一步证实，这一位点的编辑水平在有菌组中显著高于无菌组。

这一发现提示，Adar酶自身的这个编辑位点可能像一个“分子开关”，其编辑状态会改变Adar酶催化活性，从而影响其对全转录组范围内其他位点的编辑效率。换句话说，肠道微生物并非直接调控每一个RNA编辑位点，而是通过精准调控“编辑者”本身的状态，实现对全局编辑网络的层级化控制。

因果验证：特定菌种可恢复编辑水平

为验证这一调控通路的因果关系，研究团队获取了公共数据库中单菌定植Lactobacillus或Bombilactobacillus的蜜蜂大脑转录组数据。结果显示，这两种细菌均能显著恢复Adar p.482 Ile>Met位点的编辑水平，并使转录组整体的RNA编辑水平回升至正常有菌组水平。这一结果确立了“特定肠道菌—特定编辑位点—全局RNA编辑图谱”的因果链条，证实了肠道菌对宿主神经系统RNA编辑的直接调控作用。

据介绍，本研究揭示了肠道菌调控宿主神经系统的新维度。以往对“脑肠轴”的研究多聚焦于神经递质、免疫因子或激素等信号分子，而本研究发现了肠道菌通过影响RNA编辑这一转录后调控机制，实现对宿主大脑基因表达网络的远程调控。

本研究发现了层级化的调控模式。肠道菌并非直接影响众多下游编辑位点，而是通过精准调控Adar酶自身的编辑状态，影响整体RNA编辑水平。这种“调控调控者”的策略，以较小代价实现了显著的调控效果，体现了生物演化的精妙性。

本研究为理解社会性昆虫表型可塑性提供了新视角。蜜蜂具有复杂的社会分工和行为可塑性，RNA编辑作为一种灵活快速的基因调控方式，可能在蜜蜂级型分化或响应环境变化中发挥重要作用。本研究表明，肠道菌可能是这一调控过程中的重要参与者。

中国农业大学植物保护学院段元格副教授、已毕业研究生黄敏、研究生叶琳为论文共同第一作者，罗诗琦副教授为论文通讯作者，昆虫多样性与基因组学创新团队彩万志教授、周欣教授、李虎教授、宋凡副教授、田里副教授、博士后马玲、博士生刘霁瑶、已毕业研究生吴亚帅和杜雅婷参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科协、北京市科协青年人才托举工程、中国农业大学2115人才培育发展计划的支持。