克氏锥虫tRNA基因组的组织特征及其在染色质结构和基因调控中的新功能解析

本研究针对克氏锥虫(Trypanosoma cruzi) tRNA基因组的组织特征这一长期未被充分探索的领域，通过先进的基因组学技术揭示了其独特的基因排列模式。研究发现tRNA基因在克氏锥虫中主要呈簇状分布，与布氏锥虫(T. brucei)存在高度同线性，并首次发现11拷贝的硒代半胱氨酸tRNA(tRNASeC)基因串联重复现象。特别重要的是，研究证实tRNA基因位于染色质折叠域(CFD)边界，可能作为染色质绝缘体发挥调控功能，这为理解锥虫基因表达调控提供了新视角。该成果发表于《Genome Biology and Evolution》。

　　

在单细胞真核病原体中，克氏锥虫(Trypanosoma cruzi)因其引发人类查加斯病而备受关注。尽管其基因组测序已完成多年，但tRNA这类非编码RNA基因的组织特征仍如"基因组暗物质"般未被充分解析。传统观点认为这些古老分子仅参与蛋白质翻译，但近年研究发现它们在染色质组织、基因调控等方面具有更广泛功能。由于克氏锥虫基因组高度重复且复杂，前期组装质量限制了相关研究，这一知识空白亟待填补。

来自乌拉圭巴斯德研究所等单位的研究团队利用第三代测序技术改进的基因组组装，系统分析了克氏锥虫Dm28c和Brazil A4株系的tRNA基因组成和分布特征。研究发现挑战了锥虫基因调控的传统认知，揭示了tRNA基因在基因组结构和功能调控中的新角色，相关成果发表在《Genome Biology and Evolution》。

研究采用tRNAscan-SE进行tRNA基因预测，结合BEDTools进行基因组区域分析，利用MAFFT进行多序列比对，并通过Hi-C数据解析染色质相互作用。样本来源于已公开的克氏锥虫Dm28c和Brazil A4基因组数据。

组织特征
克氏锥虫含有105个tRNA基因和4个假基因，其中84个基因以20个簇的形式组织，每个簇含2-10个基因。与大多数真核生物不同，这些簇中相邻基因有半数呈反向排列。tRNA^Tyr是唯一含有内含子的tRNA，其内含子比相关物种长2个核苷酸。

硒代半胱氨酸tRNA基因扩增
研究发现11个tRNASeC基因串联排列，这是首次在锥虫中报道该现象。比较基因组分析显示，其他锥虫通常只有1-2个拷贝，且Trypanosoma与Leishmania属间存在显著序列差异。

同线性分析
19个tRNA基因簇在克氏锥虫与布氏锥虫间显示高度同线性，但克氏锥虫的簇更分散，常被蛋白质编码基因间隔。重新注释发现前人研究中部分基因链方向标注错误。

密码子使用
与布氏锥虫和硕大利什曼原虫不同，克氏锥虫的密码子使用频率与tRNA同工受体数量无显著相关性，这种差异在排除破坏区基因后有所减弱。

染色质绝缘体功能
Hi-C分析显示28个tRNA基因位于染色质折叠域(CFD)边界，tRNASeC簇还表现出明显的核小体定位特征，提示其在染色质组织中的特殊作用。

基因组支架标记
tRNA基因簇在不同菌株间位置保守，可作为基因组组装的分子标记，特别在破坏区也有应用价值。

这项研究首次全面解析了克氏锥虫tRNA基因组的组织特征，揭示了几个突破性发现：tRNA基因簇在锥虫间的高度保守性暗示其在进化中的关键作用；11拷贝的tRNASeC基因串联重复是迄今报道的最高拷贝数；tRNA基因作为染色质边界元件的功能为理解锥虫基因调控提供了新视角。这些发现不仅拓展了对非编码RNA多重功能的认识，也为改善锥虫基因组组装提供了实用工具。特别重要的是，研究挑战了锥虫基因调控主要发生在转录后的传统观点，为这类被忽视病原体的基础生物学研究开辟了新方向。