水稻响应镉胁迫相关转座子鉴定(2)
转座子是基因组的重要组成部分，越来越多的转座子在动植物、真菌、细菌等的不同物种中被鉴定出来，在基因组较大（>2000 Mb）的被子植物中，转座子可占基因组的50%以上[7]，在基因组较小的生物如水稻（430 Mb）中，转座子占的比例约为35%[8]。
80年代初期，随着植物中第一个转座子的成功克隆，转座子研究进入了分子遗传学的领域。随着新一代测序技术和生物信息技术的发展，转座子的种类、数量和功能被大尺度地发掘，关于转座子起源、特性、调控等方面的研究取得了颇多进展,人们对转座子的认识越来越深入。尽管转座子的起源和存在意义一直备受争议，但越来越多证据表明转座子影响着基因组的大小和组成、基因的表达与调控等众多方面。根据转座机制，转座子可以分为两类。I型转座子（反转录转座子）是利用“复制-粘贴”的方式，即转座子DNA先转录为RNA,然后以转录的RNA为中间媒介，将它作为模板，被逆转录酶反转录成DNA，最后将dsDNA在整合酶或核酸内切酶的作用下插入宿主基因组中[9]。II型转座子（DNA转座子）则是用“剪切-粘贴”的方式，即DNA在转座酶的作用下从染色体中分离出来，再整合到基因组其他位置[9]。从转座机制来看，反转录转座子还可以分为LTR反转录转座子（主要包括gypsy 和copia两大类）和non-LTR反转录转座子（LTR:长末端重复,Long terminal repeat; non-LTR:非长末端重复,Non-long terminal repeat）。如图1所示[10]：(a)许多DNA转座子两翼有末端反向重复（terminal inverted repeats ，TIRs;黑色箭头 ），中间序列编码转座酶（紫色圆圈）。转座时，转座酶结合或接近TIRs,将转座子从原位点上剪切下来，再整合至新的位点上。由于靶位点两条链的切开位点是交错的，因此整合后两侧会形成靶位点重复（TSD，target-site duplication ）(b) LTR反转录转座子包含两个长末端重复序列（LTRs，黑色箭头）和编码对逆转录及转座至关重要的蛋白Gag、蛋白酶、逆转录酶和整合酶。5'LTR含有由宿主RNA聚合酶II识别的启动子序列，产生TE的mRNA（直角箭头表示转录起始点）。随后，将TE mRNA（浅蓝色波浪线）、转录酶（粉色圆圈）和整合酶被组装到由Gag蛋白（小粉红色圆圈）形成的病毒样颗粒中，逆转录酶将TE mRNA逆转录成全长dsDNA。接着，整合酶（紫色圆圈）将cDNA（宽的深蓝色弧）插入新的目标序列中。 类似于DNA转座子的转座酶，反转录转座子整合酶可以产生交错切割位点，产生TSDs。(c)非LTR反转录转座子缺乏LTRs，有一个或两个ORF。与LTR反转录转座子不同，非LTR反转录转座子的转录是产生全长的mRNA（浅蓝色波浪线）。接下来，元件编码的内切核酸酶在靶位点DNA中产生单链切口，释放出3'-OH用于引发mRNA的逆转录，这种机制被称为通过靶位点引发的逆转录（TPRT）。由自主非LTR反转录转座子编码的蛋白质还可以动员非自主反转录转座子的RNA以及其他胞内RNA。图中描绘了长散布元件1（L1）的TPRT机制，一些非LTR反转录转座子缺乏3'poly（A）尾。非LTR反转录转座子的整合可导致TSDs或者在基因组DNA靶位点上有小量缺失。
图1三种常见的植物转座机制[10]
Fig.1 The perse mechanisms of transposon mobilization[10]
根据转座子的编码情况，上述两类转座子都可以再分为自主型转座子和非自主型转座子。自主型转座子可以编码转座所需的蛋白，非自主型转座子则不能，并需要依赖同类的自主型转座子进行转座。但是之前的I型转座子和II型转座子的分类方式不完全适用所有转座子，比如在细菌和真菌中发现了不以RNA为中间媒介的“复制-粘贴”型转座。因此，为解决这些冲突，目前普遍采用是否以RNA为中间媒介（class）、DNA转座过程中是否被复制（subclass）、插入机制（order）、蛋白保守性和靶位点重复序列即TSD序列长度（superfamily）、DNA序列尤其是转座酶序列的保守性（family）、自主和非自主（subfamily）这种综合考虑的分级分类方式（表1）[11]。在水稻中，转座子分布如图（表2）[12]，常见分类的亚家族有DNA转座子：Transposase_24 亚家族、 Ac/Ds亚家族、 Mariner亚家族、 Mutator亚家族、Pong亚家族、 CACTA亚家族, En/Spm亚家族、 MuDR亚家族；逆转录转座子: SINE亚家族、LINE亚家族、centromere-specific亚家族、Ty1-copia亚家族、 Ty3-gypsy亚家族。