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责编 | 王一
近日，武汉大学高等研究院朱玉贤院士团队在Science China Life Sciences发表了题为Large-scale long terminal repeat insertions produced a significant set of novel transcripts in cotton的研究论文。研究人员通过对亚洲棉极深度的测序分析，发现10000多个新基因，这些基因在以前的基因组组装和注释中未被发现。新发现的这些低表达水平的基因中的大多数都是蛋白编码的，而且是通过LTR类型的转座子以各种方式插入产生。
该研究组通过对亚洲棉 （G. arboreum） 根、茎、叶、花及10天的胚株混合样本提取RNA，分别进行4 G、7 G、10 G、30 G和100 G深度的转录组测序发现，随着测序量的增加，来自基因间区的新转录本数量也在显著增加，在100 G时达到最大值 （10,284个新转录本） ，这些新转录本中有10032个编码蛋白和252个长非编码RNA。进一步分析发现，这些新产生的基因中平均约84%可能与其基因间区中的长未端重复序列 （LTR） 插入重叠，并且以相对较低的水平表达。
图1. 比较G. arboreum不同转录组深度测序获得的基因数量
该研究组在详细研究新产生的基因间区转录本时发现，之所以被之前的研究忽略，主要是因为它们的表达量极低，需要更深度的测序才能被发现。进一步研究这些低表达转录本产生的原因，发现它们中60%以上没有转录激活标记。与具有转录激活标记的转录本相比，这些没有转录激活标记的转录本具有更短的Nucleosome-Free Region (NFR) ，并且这个NFR的物理距离明显小于 RNAPⅡ 酶复合物的直径，因此可能会阻碍RNAPⅡ 有效结合到靶基因启动子区的目标DNA基序上。
图2. 不同测序深度的注释基因与基因间区域中H3K4me3、H3K27ac和H3K9me2标记的ChIP-seq分析
该研究进一步通过G. arboreum及其相关物种同源比对及进化分析发现，基因间区新转录本的产生时间同步或晚于反转座子爆发 （约2.3 MYA） 的时间，与此相反，存在于基因区的常规功能基因则主要起源于16 MYA或更早的全基因组复制事件。因此这些基因间区新转录本都具有显著的棉属特异性。
图3. G. arboreum基因组中注释基因和基因间区新转录本的进化分析
这可能是第一个涉及全基因组水平新转录本发现的系统性研究，对这些低转录的基因间转录物的分析将有助于研究者理解LTR类型转座子在物种形成和多样化过程中可能发挥的生物学作用。
武汉大学高等研究院博士研究生杨闫为该论文的第一作者，朱玉贤院士为该论文的通讯作者，武汉大学生命科学学院王坤教授、吴志国副研究员和温兴鹏博士后也参与了该研究工作。该项研究得到国家自然科学基金、湖北洪山实验室重点基金、全国博士后创新人才支持计划及武汉大学泰康生命医学中心、高等研究院等项目和平台的经费资助。
https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-022-2341-8
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