生物體內(nèi)，轉(zhuǎn)座子元件 (Transposable elements, TEs) 被多種表觀遺傳機制沉默，包括DNA甲基化、抑制性組蛋白修飾和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)等途徑。氮元素是植物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的主要限制因素之一。雖然人們已經(jīng)廣泛研究了植物響應氮饑餓的基因調(diào)控網(wǎng)絡，但對于氮饑餓對轉(zhuǎn)座子元件調(diào)控的影響尚不清楚。

     JIPB近日在線發(fā)表了北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院錢偉強課題組題為“Nitrogen starvation induces genome-wide activation of transposon elements in Arabidopsis”的研究論文。該研究采用正向遺傳學的方法，鑒定到影響轉(zhuǎn)錄水平基因沉默的谷氨酸合酶(Glutamate synthase 1, GLU1)，并結(jié)合一系列的分子生物學和遺傳學實驗，探究了氮饑餓對激活轉(zhuǎn)座子表達的影響。

圖1 谷氨酸代謝調(diào)控轉(zhuǎn)座子沉默

     研究者發(fā)現(xiàn)擬南芥中GLU1的突變造成idm1-14背景下外源基因d35S-LUC的表達量上調(diào)。并且，谷氨酸合酶的雙突變體對內(nèi)源轉(zhuǎn)座子表達的影響顯著高于單突變體。外源添加谷氨酸，可以在一定程度上恢復glu1-204 glt1-1突變體中轉(zhuǎn)座子上調(diào)表達的程度。位于谷氨酸代謝下游、參與GABA代謝的琥珀酸半醛脫氫突變體 (ssadh-5) 與glu1-204 glt1-1能調(diào)控一些共同的位點（圖1）。另一方面，氮饑餓能顯著上調(diào)YJ和idm1-14背景下的外源基因的表達。并且，氮饑餓處理的WT與glu1-204 glt1-1能共同激活一些轉(zhuǎn)座子的表達水平。轉(zhuǎn)錄組的測序和分析結(jié)果也顯示，氮饑餓能激活擬南芥基因組內(nèi)大量轉(zhuǎn)座子的表達。全基因組甲基化的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，受氮饑餓誘導上調(diào)的轉(zhuǎn)座子表達水平的變化，不依賴于轉(zhuǎn)座子本身DNA甲基化水平的變化，多重突變體的表達分析也進一步驗證了這一結(jié)論。

     綜上所述，該研究探究了氮饑餓對擬南芥的全基因組范圍內(nèi)轉(zhuǎn)座子表達水平的影響，并且表明氮代謝可能不通過影響其DNA甲基化水平和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的途徑，調(diào)控轉(zhuǎn)座子的表達水平。

     北京大學王悅博士和博士研究生生劉藝為文章的第一作者，錢偉強研究員為該論文通訊作者。曲紹峰博士在該工作中亦做出重要貢獻，北京大學范六民教授也參與了該項研究工作。該研究得到了國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。