雅维斯卡两源植物基因组揭示逆转座子衍生着丝粒及 DMT 与 β-咔啉合成的不同路径

着丝粒负责将染色体连接到纺锤体微管，功能上高度保守，其DNA组成却在物种间快速演变，一直是植物基因组学的难点。完整解析的拟南芥着丝粒显示，其主体是兆碱基级的卫星串联阵列，内部被ATHILA逆转录转座子侵入，由此提出了卫星同质化与转座子驱动多样化交替的循环演化模型 ^[1]。玉米着丝粒的核心则是CentC卫星阵列与着丝粒特异的CRM逆转录转座子高度混杂，CENH3总是与这两类序列结合，但并非所有拷贝都携带CENH3 ^[2]。物种间差异同样惊人：一粒小麦的着丝粒缺乏串联重复，几乎完全由两个特异性插入着丝粒的LTR逆转录转座子家族构成 ^[5]；本氏烟中卫星型与转座子型着丝粒并存，卫星还衍生自核糖体DNA，甚至有线粒体DNA掺入 ^[4]。至于转座子为何倾向于整合进着丝粒，其机制在任何物种中都所知有限 ^[3]，而这些认识主要来自模式植物，倍性与组成各异的非模式物种情况仍不清楚。

这项研究转向了一对民族植物学意义上的重要物种：死藤水（ayahuasca）被亚马逊原住民在宗教仪式中使用数百年并日益受到治疗潜力研究关注，其致幻作用来自两种植物——Psychotria viridis提供N,N-二甲基色胺（DMT），Banisteriopsis caapi提供β-咔啉类物质，使DMT经口服保持活性。作者对两者进行了基因组测序，发现P. viridis为六倍体（2n = 6x = 66），与同源多倍化一致，而B. caapi为二倍体（2n = 2x = 20）。尽管倍性迥异，两个物种的CENH3结合区都富集CRM型Ty3/Gypsy逆转录转座子，B. caapi中还额外存在LINE元件和CRM衍生的卫星重复。生化方面，P. viridis中单个多功能甲基转移酶即可催化色胺到DMT的两步N-甲基化；B. caapi的β-咔啉合成则由专责酶与依赖乙醛的Pictet-Spengler环化共同完成，该环化步骤可非酶进行，随后经对映选择性氧化生成harmaline。

就着丝粒而言，这一结果与已有图景相互印证：CRM作为着丝粒核心成分最早在玉米中被刻画 ^[2]，本氏烟的工作也显示茄科着丝粒普遍由Gypsy逆转录转座子主导 ^[4]，本文进一步表明六倍体与二倍体两种远缘植物同样以CRM型Ty3/Gypsy为CENH3区的主要组分，而B. caapi中卫星与LINE的加入则再次体现了着丝粒组成在物种间的巨大弹性 ^[1][4][5]。更重要的是，作者把民族植物学历史与其分子基础连接起来：不仅提供了两种来源植物的基因组，还刻画了传统认定的栽培品种的遗传结构，并鉴定出长期在这份煎剂中组合使用的生物碱背后的酶。

当然，问题并未就此了结。CRM型转座子在这两个物种中如何被靶向到着丝粒、是否类似拟南芥中经由CENH3染色质的整合途径 ^[3]，CRM衍生序列是否也如玉米中的环形RNA那样参与着丝粒功能 ^[6]，都尚待检验；依赖乙醛的非酶环化在体内如何被调控，同样留给了后续工作。