类型a
主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括杜雪芬（Du Xuefen）、魏小红（Xiaohong Wei）、王保强（Baoqiang Wang）、朱晓林（Zhu Xiaolin）、王贤（Wang Xian）和罗金城（Luo Jincheng），他们均来自甘肃农业大学（Gansu Agricultural University）。该研究于2022年12月5日发表在《PeerJ》期刊上，文章标题为“Genome-wide identification and expression pattern analysis of quinoa BBX family”。
学术背景
本研究属于植物科学领域，特别是转录因子（transcription factors, TFs）及其在植物生长发育和逆境响应中的作用。BBX家族是一类编码锌指蛋白的转录因子，在植物的光信号传导、温度响应、发育调控以及非生物胁迫耐受性中发挥重要作用。藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种具有极高营养价值的“超级谷物”，但其BBX基因家族尚未被系统研究。因此，本研究旨在通过全基因组鉴定和表达模式分析，揭示藜麦BBX基因家族的功能特性，并为其在非生物胁迫响应中的作用提供线索。
研究流程
本研究共分为以下几个步骤：
植物材料与处理
以甘肃农业科学院提供的长粒一号（L-1）藜麦品种为实验材料，种子经过消毒后种植于塑料盆中。在正常培养条件下，植株达到30天时进行间苗，保留每盆10株生长一致的幼苗。在50天时，对幼苗分别施加干旱（PEG6000，20%，w/v）、盐胁迫（NaCl，200 mmol·L−1）和低温（4°C）处理，设置三个重复。对照组为未经处理的样本，采样时间为处理后的0、3、6、9、12、24和48小时。每次处理后，将30株植物随机分为三组，每组10株用于RNA提取。
CqBBX基因的鉴定与序列分析
从Ensembl Plants数据库获取藜麦的基因组序列和注释文件，使用拟南芥（Arabidopsis thaliana）BBX蛋白序列为参考序列，基于保守的B-box结构域（PF06203）进行BLAST搜索，初步筛选出51个候选基因。随后，利用Pfam、SMART和NCBI-CDD在线工具进一步验证这些基因的保守结构域，最终鉴定出31个CqBBX成员。此外，通过ExPASy网站预测了这些蛋白的基本理化性质，并使用Cell-Ploc 2.0软件进行亚细胞定位分析。
染色体定位与基因复制事件分析
基于藜麦基因组注释文件，确定CqBBX基因在染色体上的分布位置，并使用TBtools软件可视化染色体定位。通过NCBI BLAST分析CqBBX基因的复制事件，计算复制基因对的Ka/Ks值以评估进化选择压力，并估算复制时间。
多序列比对与系统发育树构建
下载藜麦、大豆（Glycine max）、葡萄（Vitis vinifera）和拟南芥的全基因组数据，获取BBX基因家族的蛋白序列。使用ClustalW程序进行多序列比对，并利用MEGA 11软件构建最大似然法（Maximum-Likelihood, ML）系统发育树。进化树通过Evolview 3.0进行美化。
基因结构与保守基序分析
提取CqBBX基因的结构信息，提交至Gene Structure Display Server 2.0网站生成基因结构图。同时，将藜麦BBX蛋白的氨基酸序列提交至MEME网站预测保守基序，设定基序数量为10。
启动子顺式作用元件分析
获取CqBBX基因起始密码子上游2000 bp的序列，提交至PlantCARE网站分析顺式作用元件，筛选出与光响应、激素响应、组织特异性表达和非生物胁迫相关的元件。
蛋白质互作预测
将藜麦BBX蛋白序列提交至STRING数据库，筛选与拟南芥BBX基因的同源基因（combined score ≥ 0.6），并绘制蛋白质互作网络图。
表达模式分析
利用高通量测序数据和qRT-PCR技术分析CqBBX基因在不同组织和非生物胁迫下的表达模式。高通量测序数据分析采用HISAT2和StringTie软件，FPKM值用于量化基因表达水平；qRT-PCR实验设计引物长度为150–200 bp，扩增产物长度为15–25 bp。
主要结果
1. CqBBX基因的鉴定与理化性质
研究共鉴定出31个CqBBX基因，其蛋白大小范围为118–472个氨基酸，分子量为13075.74–52941.02 Da，等电点介于4.7–8.28之间，多数为弱酸性蛋白。所有CqBBX蛋白均为亲水性蛋白，且亚细胞定位预测显示它们均定位于细胞核内。
染色体定位与基因复制事件
CqBBX基因不均匀地分布在17条染色体上，共检测到14对片段复制事件（如CqBBX01/CqBBX05、CqBBX02/CqBBX15等）。Ka/Ks值分析表明，这些基因对在进化过程中主要受到纯化选择的影响。
系统发育分析
基于藜麦、大豆、葡萄和拟南芥的BBX蛋白序列构建的系统发育树将31个CqBBX基因分为五个亚家族（Group A–E）。各亚家族的基因结构和保守基序与其分类基本一致。
启动子顺式作用元件分析
在CqBBX基因启动子区域共检测到43个顺式作用元件，分为四类：光响应（21个）、激素响应（9个）、组织特异性表达（8个）和非生物胁迫响应（5个）。这些元件的存在表明CqBBX基因可能参与多种生物学过程。
表达模式分析
高通量测序数据显示，CqBBX基因在不同组织中的表达模式存在显著差异。例如，在茎节、叶片、叶柄、花和未成熟种子中，部分基因（如CqBBX04、CqBBX06、CqBBX09和CqBBX12）表现出较高的表达水平。qRT-PCR结果显示，13个CqBBX基因在干旱、盐胁迫和低温处理下均表现出不同程度的上调或下调表达。
结论与意义
本研究首次系统鉴定了藜麦BBX基因家族的全基因组信息，并分析了其在不同组织和非生物胁迫下的表达模式。研究表明，CqBBX基因在藜麦的生长发育和逆境响应中具有重要作用，特别是在干旱、盐胁迫和低温胁迫下的响应机制中发挥了关键功能。该研究为深入解析藜麦BBX基因的功能提供了重要线索，同时也为提高藜麦的非生物胁迫耐受性奠定了基础。
研究亮点
1. 首次全面鉴定了藜麦BBX基因家族，包含31个成员，并详细分析了其理化性质、基因结构和保守基序。 2. 发现CqBBX基因在染色体上不均匀分布，并检测到14对片段复制事件，揭示了其进化机制。 3. 系统分析了CqBBX基因启动子区域的顺式作用元件，明确了其在光响应、激素响应和非生物胁迫响应中的潜在功能。 4. 结合高通量测序和qRT-PCR技术，揭示了CqBBX基因在不同组织和非生物胁迫下的表达模式。
其他有价值内容
本研究还预测了CqBBX蛋白与其他植物蛋白的互作网络，为进一步探索其分子机制提供了方向。此外，研究团队开发了一套完整的分析流程，包括基因鉴定、系统发育分析、启动子元件分析和表达模式分析，为类似研究提供了参考。