逆境下三角褐指藻LTR反转录转座子的活动规律及其生态意义

硅藻具有特殊的硅质细胞壁，它们贡献了全球初级生产的四分之一，是海洋所有真核微藻中最大的群体，占海洋初级生产的40%。两种已完成测序的硅藻假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的基因组中LTR反转录转座子的含量分别为1.1%和5.8%。许多研究显示反转录转座子转录活性在胁迫环境条件下被激活，从而对基因组的大小、结构、功能和进化等产生重要影响。本研究拟利用荧光定量PCR、McrPCR和序列特异性扩增多态性（SSAPs）等方法研究几种逆境（氮、磷和硅限制及高细胞密度）下三角褐指藻LTR反转录转座子的活动规律，分析LTR反转录转座子在环境胁迫下的响应及可能对基因的表达调控，并试图阐明转座的生态意义。

硅藻是海洋所有真核微藻中最大的群体，占海洋初级生产的约40%，而开放大洋约有40%的海域是缺氮的环境，研究硅藻如何应对氮限制有重要的生态学意义。已测序的硅藻研究模式种三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的基因组中长末端重复反转录转座子（LTR-RTs）的含量为5.8%，且在包括氮限制等胁迫条件下可被激活，从而对基因组大小、结构、功能和进化等产生重要的影响。首先，分析了氮胁迫及高密度培养条件下LTR反转录转座子的转录水平，发现转座子Blackbeard（Bkb）和Surcouf（Scf）的转录水平显著增加，而PtC13和PtPiggy的转录水平没有明显变化。其次，通过特异序列扩增多态性及反向PCR等技术确定了Bkb和Scf在12株不同生态型及氮限制下三角褐指藻中的插入位点，并通过荧光定量PCR、McrPCR和重亚硫酸盐测序等技术分析了转座子插入后，邻近基因的表达及其甲基化水平和位点。长期氮胁迫条件下，Bkb和Scf等LTR反转录转座子通过定点插入到与金藻多糖、脂肪酸合成和无机碳利用等相关基因的内部、下游或上游，导致插入基因的表达水平下调或上调，促进细胞对无机碳的利用并使得碳流向脂质的合成。转座插入后转座子和其邻近基因在DNA水平上重新被甲基化修饰，这些甲基化位点均是CpG二核苷酸中的胞嘧啶被甲基化。研究显示，氮限制下，硅藻通过LTR反转录转座子的激活，调控多个代谢路径中的关键酶，使得藻细胞快速有效地利用碳和氮，并通过脂质的形式储存在细胞中，以利于在营养胁迫下取得竞争优势。