基因既可以通過DNA水平的複製，也可以通過RNA水平的複製來產生新的拷貝，後者又稱為逆轉錄基因，產生的過程稱為逆轉錄。有實驗證明在哺乳動物中，逆轉錄基因由一種non-LTR（long terminal repeat，長末端重複序列）類型的逆轉座子即LINE-1（long interspersed nuclear element，或稱L1）介導產生，但是在其他動物中卻並不明確。

　　該研究首先在黑腹果蠅中鑒定出15個多態性的逆轉錄基因，發現它們都具有一種相同的結構，即中間為逆轉錄基因，兩側為LTR逆轉座子的嵌合結構。這些逆轉錄基因與逆轉座子的融合點存在微同源序列，說明它們與LINE-1介導產生的逆轉錄基因不同，而是由一種模板跳轉的機製產生的。在進一步對蚊子、斑馬魚、雞、老鼠和人進行同樣的研究時發現，這些物種中都含有同樣嵌合結構的逆轉錄基因。由此研究首次提出一個模型來解釋上述現象（圖1）：逆轉錄基因是由LTR逆轉座子在複製過程中，借助微同源序列發生模板跳轉而產生的。這是一種全新的外顯子重排機製，即多個逆轉錄基因可以融合在一起，進而形成更複雜的嵌合基因發揮功能。逆轉錄基因可與兩側的LTR逆轉座子序列共表達，說明嵌合基因產生之後可以立刻轉錄表達。此外，嵌合基因的轉錄本與母基因具有相同的翻譯讀碼框，即它們極有可能進而翻譯蛋白發揮功能。總之，研究組通過大尺度跨物種分析，鑒定了一種跨越無脊椎和脊椎動物的高度保守的基因複製機製，它將持續地改變動物體的基因構成。

　　這項研究以“LTR retrotransposons create transcribed retrocopies in metazoans”為題，於2016年10月20日在線發表於基因組學領域的知名期刊 Genome Research （doi:10.1101/gr.204925.116）。研究組譚生軍助理研究員為第一作者，張勇研究員為通訊作者。瑞士洛桑大學的Margarida Cardoso-Moreira博士、中國科學院遺傳與發育生物學研究所的劉忠華博士和黃勳研究員、美國芝加哥大學龍漫遠教授為該項目提供了大力支持。 

　　圖1 LTR介導的轉座子模板跳轉模型示意圖

　　VLP表示病毒顆粒；RT表示反轉錄酶；PR表示蛋白酶；IN表示整合酶；在LTR逆轉座子結構中，黑色長方框代表LTR重複序列，淺綠色代表開放閱讀框。藍色長方框代表宿主基因組編碼的外顯子，白色長方框代表內含子。在類病毒顆粒中兩條模板發生模板轉換，產生了一條嵌合體cDNA（也可能發生多次轉換）。整合之後，嵌合體序列可被翻譯為類LTR轉座子，並進入下一輪逆轉錄循環中發揮作用。

　　如上所述，在哺乳動物中，逆轉錄基因主要是由LINE-1逆轉座子介導產生的。在植物中，逆轉錄則認為主要是由LTR轉座子介導產生的，但也有LINE-1可以介導產生逆轉錄基因的假說。研究通過尋找年輕的逆轉錄基因拷貝，這些基因仍然保留與逆轉錄產生機製相關的序列特點，來驗證上述假說。通過分析公共擬南芥（Arabidopsis thaliana）測序數據，研究組鑒定出了一些多態性的逆轉錄拷貝（逆轉錄CNV），和在擬南芥和木薯參考基因組中最近固定的逆轉錄拷貝。在這兩個數據集中，發現了有些逆轉錄基因具有LINE-1的特征序列，即所期待的靶位點序列，polyA尾巴和同向重複序列。這些結果表明了類似於LINE-1的逆轉錄機製同樣可以在植物中，尤其是雙子葉植物中起作用。這項研究成果以“LINE-1-like retrotransposons contribute to RNA-based gene duplication in dicots”為題，在2016年4月21日發表於 Scientific Report （2016, 6: 24755）。重慶大學朱政霖博士（合作）、必威精装版app西汉姆联 譚生軍助理研究員為共同第一作者，朱政霖博士和張勇研究員為共同通訊作者。

　　以上研究得到了中國科學院B類先導專項“動物複雜性狀的進化解析與調控”、973等項目的資助。在計算方麵，得到了中國科學院北京基因組研究所基因組測序與數據分析中心和必威精装版app西汉姆联 高性能平台的支持。