动态转座元件塑造植物演化与作物性状
我们分析了 119 个物种的 811 个植物基因组，创建了近期转座元件活性的前所未有的图谱，为基因组演化和作物驯化提供了洞见。
转座元件（TE），通常被称为”跳跃基因”，是可以在基因组内移动的 DNA 序列。它们是遗传变化的主要驱动因素，但理解它们在植物界的近期活性和影响一直具有挑战性。一项由华大研究院的刘心和 Sunil Kumar Sahu 等研究者发表在 Plant Biotechnology Journal 上的新研究直面这一挑战。
通过比较811 个高质量植物基因组组装的大规模数据集——涵盖从藻类到水稻、玉米和番茄等作物的 119 个多样物种——团队破译了 TE 移动的近期模式。这种由测序和数据共享进步推动的大规模比较基因组学方法，详细展示了这些移动元件如何塑造植物基因组。
主要发现：
- TE 活性的巨大图谱： 研究者进行了新的 TE 注释，鉴定了基因组中由近期 TE 活性（TE-SV）引起的超过 1380 万个结构变异。这使他们能够绘制不同 TE 类型（如 Copia、Gypsy、Helitron 等）在物种间和特定作物群体内的活性图谱，揭示了不同的模式。例如，I 类反转录转座子在玉米和大豆中更活跃，而 Helitron DNA 转座子在白菜和芥菜中高度活跃。
- TE 与宿主基因组相互作用： 该研究提供了 TE 与其宿主基因组共同演化关系的证据。研究发现宿主基因和非编码 RNA（ncRNA）通常位于活跃 TE 附近，并参与染色质调控、DNA 结合和防御反应等过程，提示它们可能影响或受 TE 转座影响。
- TE 驱动遗传创新： 分析表明，TE 是遗传变异的主要来源，在所研究作物群体的基因组间结构差异中占显著比例（约 60-70%）。活跃 TE 被发现促进宿主基因的复制，并频繁插入调控区域，可能改变基因表达。
- 对作物驯化与适应的影的响： 受近期 TE 活性影响的基因被发现与重要的植物功能相关，包括器官发育、养分吸收、储存代谢和环境胁迫响应。这凸显了 TE 在作物驯化及其对不同环境适应中可能发挥的作用。
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错综复杂的相互作用，揭示了 TE 如何促进遗传多样性和适应。这些发现为未来 TE 介导的基因组演化研究奠定了基础，并可能通过利用这些动态元件产生的遗传变异，为作物改良提供新策略。
阅读全文： 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