《Stresses》：Genomic Neighborhoods of Sunflower RLK/Pelle Kinases Reveal Distinct Associations with Transposable Elements
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植物RLK/Pelle家族是最大的激酶类群之一，包含发育、环境信号传导和胁迫响应的关键调控因子。转座元件（transposable elements, TEs）同样塑造植物基因组结构并可促成调控变异，然而在大型、重复序列丰富的作物基因组中，RLK/Pelle位
植物RLK/Pelle家族是最大的激酶类群之一，包含发育、环境信号传导和胁迫响应的关键调控因子。转座元件（transposable elements, TEs）同样塑造植物基因组结构并可促成调控变异，然而在大型、重复序列丰富的作物基因组中，RLK/Pelle位点周围的转座元件景观仍未得到充分探索。本研究在向日葵（Helianthus annuus）XRQ参考基因组中鉴定了2196个蛋白激酶，并在未比对至XRQ的读段组装的非参考重叠群中鉴定了702个。在该总激酶组中，2289个激酶被归属于RLK/Pelle亚家族，其中763个同时满足基于结构域架构的受体样激酶（receptor-like kinase, RLK）判定标准。更广泛的RLK/Pelle集合被用于转座元件关联分析。全基因组分析显示，RLK/Pelle位点占据非随机的转座元件环境，该环境取决于转座元件超家族和相对位置。TIR、LTR/Copia、TRIM和Mutator元件在与RLK/Pelle基因重叠的转座元件中显著富集，而下游区域则显示LTR/Copia元件富集和LTR/Gypsy元件欠代表。转座元件关联在不同RLK/Pelle重复类别间也存在差异，其中最强的信号涉及TRIM元件与串联重复基因。整合公共RNA-seq数据集揭示了一个更为受限的转录组分：在干旱或核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）胁迫数据集中，有10对侧翼转座元件–RLK/Pelle对显示出显著的正表达相关性。基序富集分析进一步在选定的转座元件亚群中鉴定出NAC和TCP相关序列特征。综上，这些发现揭示了向日葵RLK/Pelle位点周围位置依赖和背景依赖的转座元件关联，并为未来功能验证鉴定了候选的转座元件–RLK/Pelle关系。
一、研究背景与科学问题
植物RLK/Pelle激酶家族是植物中最大且功能最多样的激酶类群之一，其成员参与发育调控、生长调节、免疫应答及环境胁迫响应等多种生物学过程。该家族的扩张受到全基因组重复、片段重复、串联重复及谱系特异性多样化等多种机制的影响。与此同时，转座元件作为植物基因组的重要组成部分，可占据基因组大小的主要比例，并通过促进重排、提供顺式调控序列、修饰局部染色质状态或影响转录本结构与表达等方式影响邻近基因的调控。尽管已有研究表明邻近转座元件可参与植物胁迫响应基因调控，但在大型重复序列丰富的作物基因组中，RLK/Pelle位点周围的转座元件景观仍未得到系统探索。向日葵基因组庞大且富含重复序列，其栽培种基因库含有大量非参考基因内容，为研究RLK/Pelle与转座元件关系提供了合适体系。研究人员假设RLK/Pelle位点占据非随机的转座元件环境，且部分关联与胁迫响应转录相关，并据此开展了系统研究。
二、研究内容与主要结论
研究人员在向日葵XRQ参考基因组中鉴定出2196个蛋白激酶，并在非参考重叠群中鉴定出702个，总计2898个。其中2289个激酶被归属为RLK/Pelle亚家族，763个满足基于结构架构的受体样激酶标准。系统发育分析显示非参考RLK/Pelle蛋白分布于XRQ各谱系中而非形成独立分支。染色体定位分析表明1641个XRQ RLK/Pelle基因锚定于17条染色体，分布不均且包含单拷贝和成簇位点。重复类别分析显示WGD/片段重复占比最大，其次为串联和分散重复，近端重复最少。全基因组转座元件注释鉴定出878613个元件，平均长度2136 bp，基因组覆盖率达62.54%，I类元件占主导，LTR/Gypsy为最丰富超家族。转座元件与RLK/Pelle关联分析发现，重叠位置中TIR、LTR/Copia、TRIM和Mutator元件显著富集，下游区域LTR/Copia富集而LTR/Gypsy欠代表，上游区域经多重检验校正后无显著富集。定量特征分析显示重叠转座元件在RLK/Pelle基因周围较短且密度较低，且重叠主要发生在内含子区域。重复类别关联分析显示TRIM元件与串联重复基因的关联最强，LTR/Copia与分散重复基因重叠正相关，且多种关联依赖转座元件相对位置和重复类别。表达分析显示核盘菌感染下有300个激酶差异表达，干旱下有204个，经组织表达过滤后保留129个优先胁迫相关候选，其中89.9%属于RLK/Pelle。转座元件表达分析显示仅少数RLK/Pelle相关转座元件在胁迫下差异表达。共表达分析鉴定出10对显著正相关的转座元件–RLK/Pelle对，其中干旱条件下3对均涉及上游LTR/Gypsy元件，生物胁迫下7对涉及多种LTR类群。基序富集分析在干旱条件下下游转座元件中鉴定出NAC相关基序富集，在核盘菌感染下差异表达下游转座元件中鉴定出TCP家族基序富集。
三、关键技术方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：基于HMMER和Pfam数据库的激酶结构域鉴定与Lehti-Shiu和Shiu框架分类；基于信号肽、跨膜螺旋和胞外结构域预测的结构支持RLK鉴定；MCScanX重复类别分类；RED结合nrTEplants数据库的转座元件注释策略；BEDTools进行转座元件–基因空间关系分析；公共RNA-seq数据集来自PRJNA345532（干旱）、PRJNA908908（核盘菌感染）和PRJNA912670（组织特异性），使用STAR比对和DESeq2差异表达分析；TEtranscripts进行转座元件表达定量；FIMO结合PlantTFDB基序库进行顺式调控基序分析。
四、结果分述
2.1 广泛的RLK/Pelle库与结构支持受体亚群鉴定：研究人员在XRQ和非参考重叠群中共鉴定2898个蛋白激酶，其中2289个归属RLK/Pelle，763个满足结构支持RLK标准。非参考激酶分布于XRQ各谱系，主要扩展参考基因组已有的RLK/Pelle类群。
2.2 向日葵基因组转座元件丰富且基因分布非随机：全基因组注释鉴定878613个转座元件，覆盖率达62.54%。LTR/Gypsy主要分布于基因间区，而TRIM和若干II类转座元件在基因关联区域中比例较高。
2.3 RLK/Pelle位点显示独特的转座元件邻域：重叠位置中TIR、LTR/Copia、TRIM和Mutator显著富集，下游LTR/Copia富集而LTR/Gypsy欠代表。重叠转座元件在RLK/Pelle基因周围较短且密度较低，主要位于内含子。
2.4 转座元件关联在不同重复类别间存在差异：TRIM与串联重复基因重叠关联最强，LTR/Copia与分散重复基因重叠正相关，多种位置依赖的关联模式在不同重复类别间呈现。
2.5 生物和非生物胁迫下激酶与RLK/Pelle相关转座元件表达：核盘菌感染下有300个激酶差异表达，干旱下有204个，经组织过滤后保留129个优先候选。
2.6 转座元件超家族与RLK/Pelle表达状态的关联差异：TIR重叠元件在两种胁迫下均与上调RLK/Pelle基因富集关联，多种LTR类群与表达状态的关系依赖位置和胁迫条件。
2.7 相关转座元件–RLK/Pelle对界定小型胁迫相关候选集：共鉴定10对显著正相关对，干旱下3对涉及上游LTR/Gypsy，生物胁迫下7对涉及多种LTR类群。
2.8 基序富集鉴定胁迫相关调控特征：干旱条件下NAC相关基序在下游转座元件中富集，核盘菌感染下TCP家族基序在差异表达下游转座元件中富集。
五、讨论与结论
讨论部分指出，RLK/Pelle位点的转座元件环境具有位置和超家族依赖性，区别于更广泛的基因背景。TRIM与串联重复基因的强关联为基因重复进化提供了新视角，但研究不建立转座元件插入导致重复的因果关系。LTR/Copia的位置依赖分布与其可能贡献顺式调控序列的功能相关。表达分析区分了基因组关联与转录协调两个部分，LTR/Gypsy在基因组层面欠代表但在相关对中突出，表明基因组特征与转录候选并不必然重合。非参考激酶贡献了核盘菌感染下的转录响应，强调了泛基因组资源的价值。基序分析为候选优先级排序提供了额外层面。研究局限性包括转座元件注释和基因模型可能影响重叠分类、短读段RNA-seq对高相似转座元件拷贝转录的保守估计、共表达不建立直接调控关系等。结论部分总结：向日葵RLK/Pelle基因与根据转座元件超家族、相对位置和重复背景而异的转座元件环境相关，基因组模式伴随更受限的转录组分，包括干旱下3对和生物胁迫下7对正相关转座元件–RLK/Pelle对，基序富集突出NAC和TCP相关特征，这些关联为未来利用甲基化谱、染色质可及性分析、位点特异性表达分析和群体水平转座元件插入多态性分析进行功能验证提供了候选位点。
