近日，实验室徐国华教授团队与美国德州理工大学研究人员合作，在Nature Communications发表了题为“Adaptive Dynamics of Extrachromosomal Circular DNA in Rice Under Nutrient Stress”的研究论文。该研究首次系统揭示了植物中染色体外环状DNA（eccDNA）响应养分胁迫的动态变化机制，阐明了在氮和磷缺乏条件下，含有基因和转座子重叠序列的eccDNA所指示的水稻基因组可塑性特征（图1），为作物养分高效利用的遗传改良提供了新的理论依据和研究思路。

eccDNA是真核生物基因组可塑性的重要分子标志之一。尽管其在人类细胞中的功能已有较多研究，但植物eccDNA的生物学特性仍知之甚少。本研究以水稻为模式系统，通过系统比较不同生育期、正常生长与低氮和低磷胁迫条件下eccDNA的丰度动态与序列特征，首次揭示了植物eccDNA参与营养生长和响应养分胁迫的潜能，为挖掘作物养分高效利用新基因、利用基因组可塑性改良作物养分效率提供了新策略。

该研究系统地鉴定了水稻地上部组织中eccDNA的特征与分布，在16个不同生育期及低氮/低磷处理样本中共检测到96,757个eccDNA。分析显示，这些eccDNA序列与染色体高度同源，约30%与基因区域重叠。其环出位点显著富集于着丝粒、转座子及高甲基化区域，提示eccDNA可能参与基因组稳定性调控。

在方法学上，该研究建立了植物eccDNA的丰度差异分析技术。基于该技术，发现基因相关eccDNA（ecGene）对养分胁迫具有特异性响应，能够通过营养代谢相关通路动态适应不同强度与持续时间的氮和磷养分胁迫。此外，该研究揭示了转座子相关eccDNA（ecTE）的养分胁迫响应规律：在低氮或低磷条件下，DNA转座子来源的ecTE比例下降，而逆转座子相关的ecTE显著增加。值得注意的是，携带Kiddo转座子元件的eccDNA仅在氮或磷胁迫时出现，可作为环境胁迫的潜在特异性分子标记。