轉(zhuǎn)座子（transposable elements，TEs）是可移動的DNA序列，主要包括：逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Class I）和DNA轉(zhuǎn)座子（Class II），在陸地植物基因組中占據(jù)了重要比例。由于轉(zhuǎn)座子的可移動和能夠整合到染色體的特性，它們比基因序列更容易發(fā)生水平轉(zhuǎn)移。最近多項研究報道了植物中水平轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)移（horizontal transposon transfer，HTT）的實例，例如從節(jié)肢動物到針葉樹的Penelope樣逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子、從節(jié)肢動物到開花植物的非LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，以及從真菌到陸地植物的Athila/Tat逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。盡管近年來取得了一些進展，但在植物陸地化過程中，HTT事件的總體規(guī)模和模式尚不清楚。

近日，南京師范大學生命科學學院鐘伯堅在JIPB發(fā)表了題為“Horizontal transposon transfer during plant terrestrialization”的研究論文(https://doi.org/10.11?11/j?ipb.13?809)。

該研究通過比較基因組學和系統(tǒng)發(fā)育分析，取得了以下重要發(fā)現(xiàn)：1.在四種輪藻（Chlorokybus atmophyticus、Klebsormidium nitens、Chara braunii、Zygnema circumcarinatum）和三種苔蘚植物（Marchantia polymorpha、Physcomitrium patens、Anthoceros agrestis）基因組中，共鑒定出20個HTT事件，其中包括14個與DNA轉(zhuǎn)座子相關的HTT事件和6個與逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子相關的HTT事件。2.在這20個HTT事件中，12個可能來源于細菌，8個可能來源于真菌。值得注意的是，在陸地植物的共同祖先中，三個HTT事件涉及真菌作為供體，一個HTT事件涉及細菌作為供體。而相對更加古老的祖先節(jié)點（克里藻和膜生植物的共同祖先、雙星藻綱和陸地植物的共同祖先）發(fā)生的HTT事件的供體均為細菌，側(cè)面支持了陸生植物祖先與真菌之間存在古老密切關聯(lián)的假說。3.外源轉(zhuǎn)座子在整合到宿主基因組后，其命運在很大程度上依賴于它們的序列特征。通過比較潛在供體、HTT衍生TE和受體物種的原生TE之間的GC含量和密碼子使用偏好，發(fā)現(xiàn)HTT衍生TE的密碼子使用偏好趨向于與受體植物中原生的TE遺傳密碼相一致，推測密碼子使用偏好的變化可能使水平轉(zhuǎn)移獲得的轉(zhuǎn)座子能夠有效適應受體基因組。4.在早期陸地植物小立碗蘚（P. patens）中鑒定出1,491個可能源自HTT衍生TE的長鏈非編碼RNA（lncRNA），其中1,486個源自陸地植物祖先獲得的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，發(fā)現(xiàn)35個高表達的HTT衍生lncRNA在小立碗蘚響應干旱脅迫和脫落酸方面發(fā)揮了重要作用，揭示了HTT衍生lncRNA在植物適應環(huán)境壓力中的關鍵角色。

總之，該項研究在輪藻和苔蘚植物中鑒定了20個水平轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)移（HTT）實例，并篩選出1,491個可能源自HTT衍生轉(zhuǎn)座子的lncRNA。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了HTT事件在促進陸地植物轉(zhuǎn)座子多樣性及其適應非生物脅迫方面的重要作用。

圖 1. 輪藻和苔蘚植物中水平轉(zhuǎn)移獲得轉(zhuǎn)座子的系統(tǒng)發(fā)育鑒定及功能特征分析

南京師范大學生命科學學院博士后王浩為論文第一作者，鐘伯堅教授和張振華副教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和江蘇省生物學優(yōu)勢學科等項目的資助。

文章引用：

Wang, H., Xu, Z., Zhang, Z. and Zhong, B. (2024), Horizontal transposon transfer during plant terrestrialization. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13809