Barbara McClintock曾将它们称为“调控元件”，她所使用的术语也许比今天更常用的术语——转座子（TE）更具预见性和描述性。在许多生物体中，包括植物、动物（哺乳动物和其他动物）和细菌等不同的进化支，TE是基因组结构和调控的主要组成部分。在人类中，大约45%的基因组由TE组成，其中大部分是逆转录转座子；而在小鼠中，TE占基因组的37%。TE并不是进化垃圾，它对基因组和转录组有各种影响。即使在哺乳动物基因组中，许多TE处于失活状态，但多种TE（如LINE和Alu）仍然显示为转座激活[1, 2]。这可能是该物种正常遗传变异的一部分，但更常见的是与不良结果有关，如发育障碍、遗传病和肿瘤形成。为了防止这种现象，TE的活性和表达在许多基因组中有专门的调控机制，受到严格的调控。例如，即使几乎全基因组去甲基化和常染色质区域形成，在发育过程中对TE的抑制也通常丝毫不减[3]。
近年来，与TE有关的研究在经历最初的激增之后，发表的论文数量自2013年以来持续下降（基于PubMed列出的论文数量）。相比之下，即使我们不考虑与COVID-19大流行有关的大量研究，研究论文数量以及其他领域的研究也呈现总体稳定增长。虽然TE在许多类型的生物活动中仍然是新颖且重要的信息来源，但研究工作未能满足人们对其在基因组中重要性的理解。这种下降的潜在原因之一是TE对基因组重要的属性：作为重复元件，与串联重复不同，它分散在基因组中，对TE的深入研究需要越来越多的专业工具和方法来产生新的见解[4, 5]。例如，由于个别TE实例对局部基因组区域的潜在影响，如通过调节基序（如转录因子结合位点）的贡献，将TE活性作为单个元基因来分析可能会导致不充分或误导性的结果。此外，如前所述，许多TE在生殖细胞和体细胞中都有活跃的转位，通常会产生大规模的结构变异，如果不对单个细胞或生物体进行检查，就很难正确捕获这些差异。使用生物的参考基因组而不考虑这种转位的可能性，可能会导致错过TE研究的机会。克服这些挑战可能需要对公认的方法进行广泛的修改或调整，这并非等闲之事。
TE是基因组结构和调节的主要组成部分
尽管已发表的TE研究有所减少，但近年来出现了越来越多的计算工具，旨在为TE研究者面临的问题创建定制的解决方案[5]。在批量RNA测序中，由Hyun-Hwan Jeong等人研发的SalmonTE和Wan R Yang等人研发的SQuIRE等工具，使得TE分析有了长足的进步。这些工具改进了位点特异性定量，使数据更加精确。由于产生的数据更复杂，使用单细胞测序的TE研究也持续优化。此前，Jiangping He及其同事提供了scTE数据管道，允许在单细胞RNA-seq数据的宏基因水平上对TE进行定量。最近，Rocío Rodríguez-Quiroz和Braulio Valdebenito-Maturana发表了soloTE，它可以在特定基因座水平上对单细胞数据中的TE表达进行定量，以细化这类分析。Mikhail Biryukov和Kirill Ustyantsev创建了DARTS，用于在基因组组装中搜索与结构域相关的逆转录子，以分析编码多肽的逆转录子和包含特殊结构域的序列。同时，这类开发工具仍有很多改进的空间。例如，在一项涉及多种算法和数据管道（包括上述的SQuIRE和SalmonTE）的基准分析中，Natalia Savytska等人整合了转录起始点概况数据，以便更准确地鉴定和量化特定TE表达[6]。由于这些创新，有希望加快我们对TE的理解。
总之，TE研究仍然是一个至关重要的、但未被充分重视的研究领域。克服从事和理解TE研究的障碍是一个重要的前景，这需要不同生物学科的众多研究人员共同努力。这就是为什么我们想吸引你注意新一期BMC基因组学合集，标题为 "转座子"，以强调我们目前不断增长的TE知识。
参考文献：
1. Chen D, Cremona MA, Qi Z, Mitra RD, Chiaromonte F, Makova KD. Human L1 Transposition Dynamics Unraveled with Functional Data Analysis. Mol Biol Evol. 2020 Dec 16;37(12):3576-3600. doi: 10.1093/molbev/msaa194. PMID: 32722770; PMCID: PMC7743743.
2. Stenz L. The L1-dependant and Pol III transcribed Alu retrotransposon, from its discovery to innate immunity. Mol Biol Rep. 2021 Mar;48(3):2775-2789. doi: 10.1007/s11033-021-06258-4. Epub 2021 Mar 16. PMID: 33725281; PMCID: PMC7960883.
3. Greenberg, M.V.C., Bourc’his, D. The diverse roles of DNA methylation in mammalian development and disease. Nat Rev Mol Cell Biol 20, 590–607 (2019). https://doi.org/10.1038/s41580-019-0159-6
4. Bourque, G., Burns, K.H., Gehring, M. et al. Ten things you should know about transposable elements. Genome Biol 19, 199 (2018). https://doi.org/10.1186/s13059-018-1577-z
5. Goerner-Potvin, P., Bourque, G. Computational tools to unmask transposable elements. Nat Rev Genet 19, 688–704 (2018). https://doi.org/10.1038/s41576-018-0050-x
6. Savytska N, Heutink P, Bansal V. Transcription start site signal profiling improves transposable element RNA expression analysis at locus-level. Front Genet. 2022 Oct 21;13:1026847. doi: 10.3389/fgene.2022.1026847. PMID: 36338986; PMCID: PMC9633680.
Gökhan Karakülah & Doğa Eskier
Gökhan Karakülah博士是一名计算生物学家，专攻下一代测序和多组学分析。Karakülah博士的研究集聚焦于非编码基因和重复元件，特别是转座子，以及它们在生物过程中的作用，如发育和疾病。
Doğa Eskier是一名博士生，专门从事计算生物学领域的研究。他们的研究重点是对非编码基因组元件的下一代测序和多组学分析，尤其是转座子。
转自：“BMC科研永不止步”微信公众号
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