Recurrent evolution of vertebrate transcription factors by transposase capture

生物 转座因子 基因 转录因子 遗传学 转座酶 基因组 计算生物学
作者
Rachel Cosby,Julius Judd,Ruiling Zhang,Alan Zhong,Nathaniel Garry,Ellen J. Pritham,Cédric Feschotte
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:4
标识
DOI:10.1101/2020.05.07.082677
摘要

Abstract How genes with novel cellular functions evolve is a central biological question. Exon shuffling is one mechanism to assemble new protein architectures. Here we show that DNA transposons, which are mobile and pervasive in genomes, have provided a recurrent supply of exons and splice sites to assemble protein-coding genes in vertebrates via exon-shuffling. We find that transposase domains have been captured, primarily via alternative splicing, to form new fusion proteins at least 94 times independently over ∼350 million years of tetrapod evolution. Evolution favors fusion of transposase DNA-binding domains to host regulatory domains, especially the Krüppel-associated Box (KRAB), suggesting transposase capture frequently yields new transcriptional repressors. We show that four independently evolved KRAB-transposase fusion proteins repress gene expression in a sequence-specific fashion. Genetic knockout and rescue of the bat-specific KRABINER fusion gene in cells demonstrates that it binds its cognate transposons genome-wide and controls a vast network of genes and cis -regulatory elements. These results illustrate a powerful mechanism by which a transcription factor and its dispersed binding sites emerge at once from a transposon family. One Sentence Summary Host-transposase fusion generates novel cellular genes, including deeply conserved and lineage specific transcription factors.
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