生物體內(nèi)，轉(zhuǎn)座子元件 (Transposable elements, TEs) 被多種表觀遺傳機(jī)制沉默，包括DNA甲基化、抑制性組蛋白修飾和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)等途徑。氮元素是植物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的主要限制因素之一。雖然人們已經(jīng)廣泛研究了植物響應(yīng)氮饑餓的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)于氮饑餓對(duì)轉(zhuǎn)座子元件調(diào)控的影響尚不清楚。

     JIPB近日在線發(fā)表了北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院錢偉強(qiáng)課題組題為“Nitrogen starvation induces genome-wide activation of transposon elements in Arabidopsis”的研究論文。該研究采用正向遺傳學(xué)的方法，鑒定到影響轉(zhuǎn)錄水平基因沉默的谷氨酸合酶(Glutamate synthase 1, GLU1)，并結(jié)合一系列的分子生物學(xué)和遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，探究了氮饑餓對(duì)激活轉(zhuǎn)座子表達(dá)的影響。

圖1 谷氨酸代謝調(diào)控轉(zhuǎn)座子沉默

     研究者發(fā)現(xiàn)擬南芥中GLU1的突變?cè)斐蒳dm1-14背景下外源基因d35S-LUC的表達(dá)量上調(diào)。并且，谷氨酸合酶的雙突變體對(duì)內(nèi)源轉(zhuǎn)座子表達(dá)的影響顯著高于單突變體。外源添加谷氨酸，可以在一定程度上恢復(fù)glu1-204 glt1-1突變體中轉(zhuǎn)座子上調(diào)表達(dá)的程度。位于谷氨酸代謝下游、參與GABA代謝的琥珀酸半醛脫氫突變體 (ssadh-5) 與glu1-204 glt1-1能調(diào)控一些共同的位點(diǎn)（圖1）。另一方面，氮饑餓能顯著上調(diào)YJ和idm1-14背景下的外源基因的表達(dá)。并且，氮饑餓處理的WT與glu1-204 glt1-1能共同激活一些轉(zhuǎn)座子的表達(dá)水平。轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序和分析結(jié)果也顯示，氮饑餓能激活擬南芥基因組內(nèi)大量轉(zhuǎn)座子的表達(dá)。全基因組甲基化的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，受氮饑餓誘導(dǎo)上調(diào)的轉(zhuǎn)座子表達(dá)水平的變化，不依賴于轉(zhuǎn)座子本身DNA甲基化水平的變化，多重突變體的表達(dá)分析也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。

     綜上所述，該研究探究了氮饑餓對(duì)擬南芥的全基因組范圍內(nèi)轉(zhuǎn)座子表達(dá)水平的影響，并且表明氮代謝可能不通過(guò)影響其DNA甲基化水平和染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的途徑，調(diào)控轉(zhuǎn)座子的表達(dá)水平。

     北京大學(xué)王悅博士和博士研究生生劉藝為文章的第一作者，錢偉強(qiáng)研究員為該論文通訊作者。曲紹峰博士在該工作中亦做出重要貢獻(xiàn)，北京大學(xué)范六民教授也參與了該項(xiàng)研究工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。