植物如何在极端环境下实现长期适应，一直是演化生物学关注的重要问题。在青藏高原等高海拔环境中，低温胁迫是限制植物生存与适应的关键因素。新基因的形成是遗传创新的重要来源，其中逆转录转座基因（retrogene）由逆转座子介导形成，在生物快速适应性演化中发挥重要作用。然而，逆转录转座基因是否以及如何参与植物对高海拔环境的适应目前仍不清楚。

须弥芥（Crucihimalaya himalaica）是十字花科植物，是模式植物拟南芥的近缘种，主要分布于青藏高原及其周边地区的高山岩坡与碎石生境中。张体操研究团队第一版基因组结果表明须弥芥富含LTR逆转座子，为研究高海拔植物逆转录转座基因的形成与环境适应提供了理想材料。在该研究中，研究团队利用须弥芥染色体级别的基因组，并结合低温胁迫处理条件下的转录组数据，系统解析了逆转录转座基因的演化特征及其在低温适应中的潜在功能。

研究共鉴定出240个逆转录转座基因，90%具有复杂结构，并富集于基因密集区域，其上游LTR逆转录转子含量显著高于拟南芥，低温胁迫下超过25%的逆转录转座基因发生差异表达，响应比例显著高于背景基因，且多数基因的表达模式与亲本基因不同。这些响应低温的逆转录转座基因更古老、受更强纯化选择，其功能主要富集于碳水化合物代谢、钙信号、细胞壁重塑等通路；新起源的逆转录转座基因XMJChr05g02504呈现结构分化、冷诱导表达与正选择信号。遗传学功能验证表明，拟南芥同源突变体耐寒性增强，提示古老与新生逆转录转座基因共同通过调控细胞壁重塑、信号传导等过程，助力该植物适应高原极端低温环境。本研究为解析高山植物极端环境适应机制提供了全新视角。

该研究结果以Novel insights into retrogene evolution and cold adaptation in the alpine plant Crucihimalaya himalaica (Brassicaceae)为题在线发表于BMC Biology期刊。中国科学院昆明植物研究所胡彦婷博士和云南农业大学乔琴教授为文章共同第一作者。昆明植物所张体操研究员与孙航院士为共同通讯作者。以上研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及云南省科技厅项目的资助。

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图1 须弥芥逆转录转座基因特征

图2 低温胁迫下逆转录转座基因功能与演化特征分析