转座子（transposable elements，TEs）是可移动的DNA序列，主要包括：逆转录转座子（Class I）和DNA转座子（Class II），在陆地植物基因组中占据了重要比例。由于转座子的可移动和能够整合到染色体的特性，它们比基因序列更容易发生水平转移。最近多项研究报道了植物中水平转座子转移（horizontal transposon transfer，HTT）的实例，例如从节肢动物到针叶树的Penelope样逆转录转座子、从节肢动物到开花植物的非LTR逆转录转座子，以及从真菌到陆地植物的Athila/Tat逆转录转座子。尽管近年来取得了一些进展，但在植物陆地化过程中，HTT事件的总体规模和模式尚不清楚。近日，南京师范大学生命科学学院钟伯坚在JIPB发表了题为“Horizontal transposon transfer during plant terrestrialization”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13809 )。该研究通过比较基因组学和系统发育分析，取得了以下重要发现：1.在四种轮藻（Chlorokybus atmophyticus、Klebsormidium nitens、Chara braunii、Zygnema circumcarinatum）和三种苔藓植物（Marchantia polymorpha、Physcomitrium patens、Anthoceros agrestis）基因组中，共鉴定出20个HTT事件，其中包括14个与DNA转座子相关的HTT事件和6个与逆转录转座子相关的HTT事件。2.在这20个HTT事件中，12个可能来源于细菌，8个可能来源于真菌。值得注意的是，在陆地植物的共同祖先中，三个HTT事件涉及真菌作为供体，一个HTT事件涉及细菌作为供体。而相对更加古老的祖先节点（克里藻和膜生植物的共同祖先、双星藻纲和陆地植物的共同祖先）发生的HTT事件的供体均为细菌，侧面支持了陆生植物祖先与真菌之间存在古老密切关联的假说。3.外源转座子在整合到宿主基因组后，其命运在很大程度上依赖于它们的序列特征。通过比较潜在供体、HTT衍生TE和受体物种的原生TE之间的GC含量和密码子使用偏好，发现HTT衍生TE的密码子使用偏好趋向于与受体植物中原生的TE遗传密码相一致，推测密码子使用偏好的变化可能使水平转移获得的转座子能够有效适应受体基因组。4.在早期陆地植物小立碗藓（P. patens）中鉴定出1,491个可能源自HTT衍生TE的长链非编码RNA（lncRNA），其中1,486个源自陆地植物祖先获得的逆转录转座子，发现35个高表达的HTT衍生lncRNA在小立碗藓响应干旱胁迫和脱落酸方面发挥了重要作用，揭示了HTT衍生lncRNA在植物适应环境压力中的关键角色。总之，该项研究在轮藻和苔藓植物中鉴定了20个水平转座子转移（HTT）实例，并筛选出1,491个可能源自HTT衍生转座子的lncRNA。这些发现强调了HTT事件在促进陆地植物转座子多样性及其适应非生物胁迫方面的重要作用。
图 1. 轮藻和苔藓植物中水平转移获得转座子的系统发育鉴定及功能特征分析
南京师范大学生命科学学院博士后王浩为论文第一作者，钟伯坚教授和张振华副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省生物学优势学科等项目的资助。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
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