长读长测序揭示拟南芥低甲基化个体体细胞中转座子活化的动态图谱

本研究通过PacBio HiFi长读长测序技术，首次在拟南芥(Arabidopsis thaliana)MET1甲基转移酶缺陷突变体中系统检测到体细胞转座子(TE)的广泛转座活动。研究人员发现转座家族活性存在显著个体差异，并鉴定出VANDAL21介导的替代转座(alternative transposition)导致基因组局部高突变现象。该研究为理解植物表观遗传调控失效引发的基因组不稳定性提供了新视角，相关成果发表于《Genome Biology》。

　　

在植物与转座子(TE)持续演化的基因组博弈中，这些"基因组寄生虫"通常在体细胞和生殖细胞中保持沉默。然而拟南芥等植物由于生殖系晚期决定的特性，使得体细胞突变可能通过分生组织传递至后代。虽然过去对拟南芥生殖系TE活化的研究已取得进展，但体细胞TE转座的检测始终面临技术挑战——短读长测序难以准确识别高度重复的TE序列，而Illumina建库过程产生的嵌合假象更增加了假阳性风险。

德国图宾根马克斯·普朗克生物学研究所(MPI for Biology Tübingen)的Andrea Movilli团队创新性地采用PacBio HiFi长读长测序技术，在非参考生态型Tsu-0的met1突变体中系统分析了体细胞TE转座特征。该研究选择MET1缺陷背景具有特殊意义：MET1作为维持CG甲基化的关键酶，其失活会导致全基因组甲基化模式崩溃和转座子去抑制，但相比ddm1突变体，met1引发的转座活动更具家族特异性，为研究表观遗传调控的层级网络提供了理想模型。

研究团队主要运用了三大技术手段：(1)基于PacBio HiFi长读长的Tsu-0基因组从头组装与注释；(2)通过嵌合读段(chimeric reads)和CIGAR字符串分析检测体细胞转座事件；(3)结合ATAC-seq、RNA-seq和甲基化数据解析转座偏好性。10株met1突变体的单株测序设计(平均38×覆盖度)使研究者能够评估转座活动的个体差异。

转座检测方法的创新验证
研究团队开发的双重检测策略同时利用"嵌合读段"的补充比对(SA tag)和CIGAR字符串中的大片段插入/缺失信号。模拟实验显示，在0.1×稀疏覆盖下仍能检测到80%的随机插入事件。通过靶位点重复(TSD)验证和视觉校验，最终从362条支持读段中确认293个独立插入事件和9个缺失事件，且96%的事件仅被单条读段支持，证实其体细胞来源特征。

转座家族的动态图谱
研究鉴定出13个活跃TE拷贝，包括2个ATCOPIA93 EVAD(EVD)、3个VANDAL21(V21)和新型ATENSPM2A(CAC2A)元件。值得注意的是：

1. 不同植株间转座频率差异显著(9-48个事件/株)，bootstrap分析证实这种变异非随机产生
2. EVD_1与EVD_2虽序列高度相似(图3a)，但转座活性显著不同，且与GAG结构域残余CG甲基化呈负相关(Spearman r=-0.76)
3. 发现未注释的Pack-TYPE非自主元件(PAC)通过VANDAL转座酶反式移动

基因组插入偏好性
转座事件分布分析(图4a)显示：

• VANDAL家族倾向插入基因5'UTR(富集度2.1倍)
• EVD偏好外显子区域，且靶基因表达水平显著低于随机预期(p<0.001)
• 着丝粒区域仅发现5例插入，暗示着丝粒异染色质仍具一定保护作用

替代转座引发的区域高突变
染色体5上两个头对头VANDAL21(V21_4/V21_5)间隔区呈现复杂结构变异(图5b)，包括：

• 185bp间隔区缺失(占事件的61%)
• 侧翼序列倒位和易位
• PCR证实存在环化DNA中间体

这些特征符合替代转座模型：转座酶同时结合两个元件末端，导致异常DNA切割重排。该发现首次在拟南芥中证实了非Ac/Ds转座子也能介导此类事件。

研究结论指出，体细胞转座检测可作为快速评估TE活性的可靠方法，特别适用于不育或半致死基因型。发现的不同TE家族转座偏好性为理解植物表观基因组调控网络提供了新维度，而VANDAL21介导的替代转座现象拓展了对TE驱动基因组重塑机制的认知。这些发现对作物改良中转座子工具开发、以及理解动物神经退行性疾病中的体细胞突变积累都具有启示意义。