科普丨“垃圾”DNA？转座子在植物抗旱中的逆袭之路
从仪器到算法，新技术不仅可以使科学界重塑现有的概念，还能够发现新的概念。剑桥大学塞恩斯伯里实验室（SLCU）和植物科学系的一项新研究重新定义了转座因子（TEs）（也称为转座子）的功能和潜力，此研究可能会对经济和医疗健康等方面产生重大影响，并且可以帮助我们缓解全球粮食短缺等问题。
转座子是可移动的DNA片段，可以将自身复制并插入基因组的不同部分。根据它们周围的DNA环境，可能导致高度可变的结果；它们可以增强基因、沉默基因、扰乱基因，或者使其完全失效。转座子在表观遗传学上通常不表达，以防止对基因组的任何破坏。
当Barbara McClintock于1940年首次在玉米中发现转座子时，它被当作垃圾。随着研究的慢慢深入，这种看法正逐渐被改变，剑桥大学的这项研究为挖掘转座子的潜在功能带来了前所未有的希望。
Matthias Benoit博士和他的同事们曾研究过番茄植株中的Rider转座子家族，目前我们所知道的会对番茄植株的一些物理特性（例如颜色和番茄形状）有影响的家族。而研究人员针对这个转座子家族，确定了71个 Rider 元素，并利用生物信息学技术深入地表达了其在遗传学和表观遗传学上的特征。插入时间就是一种作为定量研究的指标。
研究结果揭示了影响Rider 表达的因素。环境压力是Rider 转录的驱动力，尤其是脱落酸（ABA）信号所调节的脱水压力，其中siRNA的产生和DNA的甲基化是控制Rider活动的关键。
在110个不同植物的基因组范围中（包括番茄和其他主要农作物）进行对比以检验上述趋势时，Rider的这种调控和表达是一致的。所有发现均与Rider受压力（尤其是干旱）介导的观点一致，并且存在于许多不同的植物种类中，在这些植物种类当中，Rider 可能导致了随时间推移而出现的物理特性的变化。
特别是长期干旱或反复干旱，可能导致转座子产生这些应急变化。而了解了环境影响因素后，科学家为人工操纵TEs以产生预期效果打开了潜在的大门。
“确定 Rider 的转录是由干旱引起的，表明它可以创建新的基因调控网络，从而帮助植物应对干旱，” Benoit指出。“这意味着我们可以利用Rider来对作物中已有的基因提供干旱信号，从而培育出更好的抗干旱作物。在全球变暖时期，迫切需要培育更具抗灾力的农作物，这一点尤为重要，。”
这一发现最有前景的方面是转座子已经存在于植物中，使科学家能够操纵现有的基因组数据，而不用引入可能带来其他后果的新的外来基因。
在不违反基因改造惯例，如欧盟的基因改造生物守则的情况下，可以利用这项技术。已经符合安全法规的机制预示着它们有能够安全地解决重大全球性问题的能力，例如由于人口过剩导致的粮食短缺问题以及气候变化带来的农业挑战等问题。
Source: Benoit, M. et al. (2019). Environmental and epigenetic regulation of Rider retrotransposons in tomato. PLOS Genetics 15(9)
Reference: University of Cambridge Harnessing tomato jumping genes could help speed-breed drought-resistant crops Univ. of Cambridge: Research News 16 Sep 2019. Web.
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