植物中 Retand LTR 逆转录转座子：从 pol 到 3’LTR 的漫长探索

为探究 Retand 元件在植物基因组中的分布及结构特征，研究人员对 617 个绿色植物基因组进行分析。结果发现 2735 个潜在近期活跃 Retand 元件（PRAREs），分布于 34 个物种。其结构有独特之处，这为研究植物转座子演化等提供重要依据。他们的研究成果发表在《Mobile DNA》杂志上，为我们理解植物基因组的奥秘打开了新的窗口。

　　

在植物的微观世界里，基因的奥秘如同璀璨星辰，吸引着无数科研人员去探索。长末端重复（LTR）逆转录转座子作为植物基因组中数量众多且分布广泛的一类可移动元件，一直备受关注。它就像基因组中的 “活跃分子”，通过逆转录过程不断复制自己，插入到基因组的不同位置，对植物基因组的结构和功能产生着深远影响。然而，对于其中 Retand 谱系的 LTR 逆转录转座子，人们的了解还十分有限。此前，虽然知道它在一些植物基因组中数量不少，但对于它在植物界的分布情况、结构特点以及潜在功能，科学家们仍有许多疑问。为了揭开这些谜团，来自西班牙农业基因组研究中心（Centre for Research in Agricultural Genomics，CRAG）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Mobile DNA》杂志上，为我们理解植物基因组的奥秘打开了新的窗口。
研究人员运用了多种技术方法来开展研究。在数据获取方面，他们选取了 NCBI 数据库中 617 个绿色植物（Viridiplantae）的基因组组装序列，且这些基因组至少组装到染色体水平。在元件挖掘技术上，利用 tBLASTn 工具，以 4 个已鉴定的 Retand 元件的逆转录酶（RT）中心保守结构域氨基酸序列为查询序列，筛选出完整且不间断的 RT 结构域序列。同时，运用 MAFFT 进行序列比对，构建系统发育树确定 Retand 元件。此外，还使用 ORF Finder 预测开放阅读框（ORFs），MOTIF 识别蛋白质结构域等。
研究结果如下：

1. 物种分布：研究人员在 617 个绿色植物基因组中寻找潜在近期活跃 Retand 元件（PRAREs），共鉴定出 2735 个 PRAREs，它们分布在 122 个簇中，涉及 34 个物种。这些元件仅在双子叶植物（Eudicotyledons）和单子叶植物（Liliopsida）中被发现，在其他植物类群中未检测到。在单子叶植物的禾本目（Poales）以及双子叶植物的龙胆目（Gentianidae）、杜鹃花目（Ericales）和山茱萸目（Cornales）等目中，PRAREs 较为丰富。

2. 系统发育分析：对含有至少 10 个拷贝的簇的 RT 结构域构建系统发育树，发现序列分布在 6 个进化枝中。其中 3 个进化枝仅包含单子叶植物序列，2 个仅包含双子叶植物序列，还有 1 个进化枝包含来自单子叶植物和双子叶植物的序列。这表明物种间存在潜在的水平转移现象，如 Rhynchospora pubera 的序列位置暗示它可能起源于双子叶植物的水平转移。

3. 结构变异性和编码的保守蛋白质结构域：PRAREs 的 LTR 长度在 315 - 1194bp 之间，平均为 635bp；内部区域长度在 7380 - 12869bp 之间，平均为 10364bp。许多元件存在结构变异，10/63 的簇至少缺少一种典型的逆转录转座子蛋白结构域，多数来自禾本目。POL - 3’LTR 区域长度在 2933 - 6566bp 之间，所有簇在该区域都至少有一个长度超过 600bp 的 ORF，且大多为反义 ORF。97% 的簇含有编码 TRP28 蛋白结构域的反义 ORF，对 TRP28 结构域的分析表明它可能具有 DNA 结合能力。此外，在 32 个 PRAREs 的内部区域还发现了串联重复序列阵列，主要位于 POL - 3’LTR 区域。
   研究结论和讨论部分指出，Retand 谱系的 LTR 逆转录转座子存在于双子叶植物和单子叶植物中，但在其他植物类群中缺失，且水平转移似乎是可能的。部分元件为非自主元件，其 POL - 3’LTR 区域较大，包含串联重复序列和反义 ORF，编码具有 DNA 结合能力的蛋白质。与逆转录病毒的比较表明，这些蛋白质可能在 Retand 转座过程中发挥调控作用。这项研究为深入了解植物 LTR 逆转录转座子的进化和功能提供了重要线索，有助于我们进一步探索植物基因组的奥秘，对于理解植物的遗传多样性和进化历程具有重要意义。