综述：利用转posable元件进行植物功能基因组学和基因组工程研究

这篇综述系统阐述了转座子(TEs)在植物基因组中的进化机制与功能应用，作者团队指出TEs通过调控基因表达、驱动基因组进化及作物驯化发挥关键作用，并详细探讨了基于表观遗传调控(如RdDM通路)和CRISPR/Tn5等前沿技术(如ATAC-seq、CUT&Tag)的开发应用，为作物改良和合成生物学提供了创新工具。

　　

植物转座子的研究历程与分类

转座子(TEs)自Barbara McClintock在玉米中发现以来，已被证实占植物基因组的50-85%。根据转座机制可分为I类逆转录转座子和II类DNA转座子。I类通过RNA中间体"复制粘贴"，包含LTR（如Copia/Gypsy）和非LTR（LINE/SINE）亚型；II类通过DNA直接"剪切粘贴"，包括末端反向重复（TIR）的hAT/Mutator等超家族及滚环复制的Helitron。藻类到被子植物的比较基因组分析显示，TE含量从12.5%（衣藻）至>80%（小麦），且I类在多数植物中占比更高，但水稻等物种中II类数量占优。

转座子在基因调控与进化中的核心作用

TE插入通过多种机制影响基因功能：外显子插入导致移码突变，启动子区插入可激活新表达模式（如番茄果实形状变异由Rider转座子携带SUN基因引起）。转座衍生的嵌合元件（如Pack-TEs）通过基因片段捕获促进新功能演化。表观调控方面，TE来源的小RNA（24nt siRNA）通过RNA导向的DNA甲基化（RdDM）通路沉默自身活性，该过程涉及Pol IV/V聚合酶、AGO4/6和DRM2甲基转移酶。而维持甲基化需要MET1（CG）、CMT3（CHG）和DDM1依赖的异染色质通路。

表观遗传调控网络的动态平衡

TE沉默与激活的平衡对基因组稳定性至关重要。全基因组去甲基化酶（如ROS1）可在环境胁迫下触发TE活化，例如热应激诱导的染色质三维结构重排。单细胞多组学技术揭示了TE甲基化在生殖细胞中的跨代传递机制，而CRISPR介导的LHP1基因编辑可解除H3K27me3抑制，显著提升小麦抗锈病能力。

转座子技术的突破性应用

转座子标签技术（如玉米Ac/Ds系统）已用于基因功能筛选。近年突破包括：
1）Tn5转座酶衍生技术：ATAC-seq解析染色质开放性，CUT&Tag实现单细胞组蛋白修饰分析；
2）CRISPR整合系统：PiggyBac转座酶实现无转基因编辑，mPing转座子介导的TATSI系统支持8.6kb大片段靶向插入；
3）细菌源工具：IS200/605编码的TnpB蛋白被改造为紧凑型基因编辑器。

未来挑战与前景

当前需解决转座时空异质性、表观单倍型育种策略等核心问题。人工智能驱动的TE效应蛋白挖掘（如最新鉴定的179种异源转座酶）与合成生物学结合，将推动抗逆作物设计。表观遗传重编程与单细胞空间多组学技术的融合，有望实现TE元件的精准操控，为粮食安全提供创新解决方案。