人参逆转录转座子基因的转录组鉴定及其在人参皂苷生物合成中的调控作用

本研究通过生物信息学方法鉴定了人参(Panax ginseng)中1,301个逆转录转座子(Retrotransposon)基因，系统分析了其结构特征、进化关系和表达模式，发现25年生人参中逆转录转座子表达活性最高。通过关联分析筛选出30个与皂苷含量显著相关的候选基因，经茉莉酸甲酯(MeJA)诱导实验验证，最终确定5个LTR-Copia型逆转录转座子基因(PgRLC-186-01等)参与调控人参皂苷生物合成网络，为药用植物重复序列功能研究提供了新思路。

　　

在传统中医药文化中，人参因其形似人形而备受推崇，其药用价值主要来源于人参皂苷(ginsenoside)。这类三萜皂苷化合物具有抗肿瘤、抗氧化和神经保护等多种药理活性，但天然人参中皂苷含量难以满足市场需求。虽然科学家们已鉴定出多个参与皂苷合成的结构基因和转录因子，但占人参基因组58.26%的重复序列——尤其是具有"复制-粘贴"特性的逆转录转座子(Retrotransposon)，其与皂苷合成的关联仍属未知领域。

吉林农业大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究填补了这一空白。研究人员整合了42个栽培品种的转录组数据、不同年限和组织部位的表达谱，以及茉莉酸甲酯处理的发根转录组数据，采用BLASTn和HMMER比对鉴定逆转录转座子，通过MEME和MEGA-X进行进化和结构分析，结合Pearson相关性分析、SNP/InDel关联分析和共表达网络分析筛选候选基因，最后通过MeJA处理幼苗结合qRT-PCR和HPLC进行功能验证。

研究结果部分：

1. 转录组鉴定：从人参转录组中鉴定出1,301个逆转录转座子基因，分为LTR-Gypsy(42.43%)、LTR-Copia(48.57%)和LINE-L1(9.00%)三类，发现31个含完整保守结构域的全长序列。

1. 进化分析：系统发育树显示LTR-Gypsy和LINE-L1型序列分别聚类，发现人参与芭蕉属(Musa acuminata)之间存在水平转移现象。

1. 表达特征：25年生人参根中逆转录转座子表达最活跃，约1/3序列在叶片中高表达，果实柄部呈现组织特异性表达。

1. 关联分析：发现368个基因表达与皂苷含量相关(P<0.05)，其中163个SNP/InDel位点对皂苷含量影响幅度达7.23-611.2%，三萜型皂苷受影响程度比二醇型高50.56%。

1. 功能验证：MeJA处理证实5个LTR-Copia基因(PgRLC-186-01等)表达变化与皂苷含量显著相关，其中PgRLC-342-18处理6小时即引起Rg1等7种皂苷含量显著变化。

这项研究首次在药用植物中系统鉴定了具有转录活性的逆转录转座子，揭示了其通过形成嵌合转录本、调控miRNA靶向或影响整合酶特异性等方式参与皂苷合成调控的潜在机制。发现的5个关键基因为提高人参皂苷产量提供了新的分子靶点，建立的"表达-SNP-共表达"多维度筛选策略为其他药用植物重复序列研究提供了范式。研究还提出了逆转录转座子水平转移可能促进人参遗传多样性的新假说，为后续基因组进化研究指明了方向。