动态转座子如何塑造植物进化与作物性状

我们通过分析 119 个物种的 811 个植物基因组，构建了一个前所未有的近期转座子活动图谱，为基因组进化和作物驯化提供了深刻见解。

转座元件（TEs），通常被称为“跳跃基因”，是可以在基因组内移动的 DNA 序列。它们是遗传变异的主要驱动力，但要理解它们在整个植物界近期的活动及其影响一直是一项挑战。由华大生命科学研究院（BGI Research）的刘心和 Sunil Kumar Sahu 等研究人员发表在《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）上的新研究，正是在正面应对这一挑战。

通过对比包含 811 个高质量植物基因组组装序列的海量数据集（涵盖从藻类到水稻、玉米、番茄等作物的 119 个多样化形态物种），研究团队破解了近期 TE 移动的模式。得益于测序技术和数据共享的进步，这种大规模比较基因组学方法让我们能够详细审视这些移动元件如何塑造了植物基因组。

核心发现：

1. 浩瀚的 TE 活动图谱： 研究人员进行了全新的 TE 注释，并鉴定了基因组中由近期 TE 活动引起的超过 1380 万个结构变异（TE-SVs）。这使他们能够描绘出不同类型 TE（如 Copia、Gypsy、Helitron 等）在物种间及特定作物群体内的活动分布，揭示了独特的模式。例如，I 类逆转录转座子在玉米和大豆中更为活跃，而 Helitron DNA 转座子在甘蓝和芥菜中高度活跃。

2. TE 与宿主基因组的互作： 该研究为 TE 与宿主基因组之间的协同进化关系提供了证据。研究发现，宿主基因和非编码 RNA（ncRNA）通常位于活跃的 TE 附近，并参与染色质调节、DNA 结合和防御反应等过程，这表明它们可能影响转座过程，或受其影响。

3. TE 驱动遗传创新： 分析表明，TE 是遗传变异的主要来源，在所研究的作物群体中，TE 贡献了约 60-70% 的基因组间结构差异。研究发现，活跃的 TE 会促进宿主基因的加倍，并频繁插入调控区域，从而可能改变基因表达。

4. 对作物驯化与适应的影响： 受近期 TE 活动影响的基因被发现与重要的植物功能相关，包括器官发育、营养吸收、储藏物质代谢以及对环境压力的响应。这突显了 TE 在作物驯化及其对多样化环境适应过程中可能发挥的关键作用。

研究意义：

这一全面的 TE 动态图谱是植物科学界的宝贵资源。它阐明了移动元件与宿主基因组之间复杂的相互作用，揭示了 TE 如何促进遗传多样性和适应性。这些发现为未来研究 TE 介导的基因组进化奠定了基础，并可能通过利用这些动态元件产生的遗传变异，为作物改良提供全新的策略。

阅读论文全文： Huang, Y., Sahu, S.K. and Liu, X. (2024) Deciphering recent transposition patterns in plants through comparison of 811 genome assemblies. Plant Biotechnol. J., https://doi.org/10.1111/pbi.14570