章鱼等头足类动物藐视遗传学“中心法则”
作为生物中的核酸，DNA是由碱基A、T、C和G组成的，而RNA是由碱基A、U、C和G组成的。DNA经转录后产生信使RNA（mRNA）。mRNA经翻译后产生蛋白。然而，同属于头足类动物的章鱼、鱿鱼和墨鱼经常并不严格地遵循它们DNA中的遗传指令。相反，它们利用酶清除mRNA中的特定碱基A（adenosine，腺苷），并且利用一种不同的碱基I（Inosine, 肌苷）替代它们。这种被称作RNA编辑的过程在大多数动物中很少被用来重新编码蛋白，但是章鱼和它们的同类在它们的一半以上的发生转录的基因中编辑RNA。在一项新的研究中，当研究人员开展实验对头足类动物中的这种RNA编辑发生的程度进行定量和描述时，他们发现证据证实这种遗传策略深刻地限制了头足类动物基因组的进化。相关研究结果发表在2017年4月6日的Cell期刊上，论文标题为“Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods”。
研究人员已发现章鱼利用RNA编辑快速地适应温度变化（Science, 17 Feb 2012, doi:10.1126/science.1212795），而且鱿鱼神经元中的绝大多数RNA转录本含有这些编辑（eLife, doi:10.7554/eLife.05198）。在这项新的研究中，研究人员希望发现这些编辑如何平常，它们在头足类动物谱系中如何进化出来，而且这种非凡的编辑能力如何影响头足类动物基因组的进化。
脊椎动物细胞能够发生RNA编辑，但是我们很少使用它。人类有2万个基因，但仅几十个保守的RNA编辑位点可能编码功能性蛋白。根据这项研究的估计，鱿鱼也有大约2万个基因，但是至少有1.1万个活性的RNA编辑位点影响着蛋白质组，而且它们的大多数是保守性的。论文共同通信作者、以色列特拉维夫大学生物物理学家Eli Eisenberg说，“基本上，这是一种制造并不编码在DNA中的蛋白的机制。它们并不存在于基因组序列中。对这些头足类动物而言，这并不是一种例外。这是一种规则。这种规则就是大多数蛋白发生编辑。”
事实上，RNA编辑是如此罕见以至于它并不认为是遗传学中的“中心法则”的一部分。论文共同通信作者、美国伍兹霍尔海洋生物学实验室头足类动物神经生物学家Joshua Rosenthal解释道，“自从沃森与克里克发现遗传信息储存在DNA中以来，我们的看法就是所有的信息储存在DNA中，而且它忠实地复制到另一种分子（即RNA），随后它经翻译后产生发挥功能的蛋白。人们通常认为这是一种非常忠实的过程。鱿鱼中的RNA并不总是这样的，而且事实上，这种有机体进化出一种强大的方法来操纵RNA中的信息。”
针对不同的头足类动物开展的分析揭示出这种RNA编辑模式存在于两种章鱼物种、常见的墨鱼和一种鱿鱼物种中，它们都属于头足纲中的蛸亚纲。头足类动物以具有复杂的捕食行为和社会行为而为人所知。然而，当这些研究人员在与章鱼亲缘关系较远的鹦鹉螺（chambered nautilus）中检查了RNA编辑的迹象时，他们发现更低水平的RNA编辑。为了作为比较，他们还发现RNA编辑水平在加州海兔属软体动物中也是较低的。
广泛的RNA编辑经证实具有强健的进化结果。RNA编辑酶仅能够作用于被一种大的RNA超结构包围的碱基对。如果编辑靶标任何一侧上的碱基发生突变，那么有机体就可能丧失编辑这种靶标的能力。这些研究人员发现章鱼和鱿鱼等狂热的RNA重新编码高手并不能够承受得起在它们的RNA可编辑的基因中发生的DNA突变，因此它们为了选择RNA编辑，放弃基因组DNA经常发生突变带来的益处。
大多数有机体广泛地使用RNA剪接来让它们的蛋白质组多样化，不过相比于RNA编辑，RNA剪接是它们的DNA灵活性的优先选择。 Eisenberg说，“我们通常利用它是否能够解答一些挑战来考虑进化---为何RNA重编码不被使用？如今，我们有一个例子来说明当大量地使用RNA编辑时，会发生什么。我们知道这存在代价。代价就是延缓基因组进化... 头足类动物很可能选择RNA编辑而不是基因组进化，而且脊椎动物可能具有其他的选择---它们偏好基因组进化而不是RNA编辑。”
鉴于很多头足类动物对编码关键的神经蛋白的RNA进行大量编辑，这些研究人员想知道RNA编辑是否可能导致章鱼和它们的同类具有非凡的智力。章鱼不仅在捕食时足够聪明，而且它们也在逃避刺耳声音时足够聪明。它们通过喷射墨汁自我躲藏，通过改变它们的皮肤颜色给它们的同伴传递信号，而且通过观察进行学习。
研究人员正在一种章鱼动物模型中研究RNA编辑是否在头足类动物行为中发挥着至关重要的作用。针对RNA编辑在行为中发挥的作用开展的实验将需要章鱼在实验室中生长良好，而且能够对它们进行基因操纵。
Rosenthal说，“RNA编辑是一种优雅的系统来给遗传信息添加灵活性，但是找出它何时和如何被使用才是一项真正的挑战。”