本研究由来自伊朗多所研究机构的联合团队完成，主要作者包括Ali Reza Mirzaei（Alzahra大学生物技术系）、Bahman Fazeli-Nasab（扎布尔研究所农学系）、Mehrnaz Hatami和Mansour Ghorbanpour（阿拉克大学药用植物系）以及Ali Salehi Sardoei（伊朗农业研究教育组织）。研究成果发表于2025年的《Functional & Integrative Genomics》期刊第25卷第79期，标题为《不同藜麦品种中甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因的计算机模拟分析》。

学术背景
藜麦（Chenopodium quinoa）作为一种新兴的耐盐植物，因其高营养价值和抗逆性成为研究热点。BADH基因在植物应对非生物胁迫（如干旱、盐碱）中起关键作用，它通过催化甜菜碱醛转化为甘氨酸甜菜碱（glycine betaine）来维持渗透平衡。然而，关于藜麦BADH基因的系统研究仍存在空白。本研究旨在通过生物信息学手段，解析BADH基因在不同藜麦品种（Shelly 23 Black和634,920 Zhe）中的序列特征、调控元件及功能机制，为抗逆育种提供理论依据。

研究流程与方法
1. 基因序列获取与BLAST分析
- 从NCBI数据库获取两个藜麦品种的BADH基因序列（KP774603.1和KP890301.1），通过BLAST比对筛选20个同源植物序列，保存为FASTA格式用于后续分析。
- 使用PlantCARE和PlantPAN软件预测启动子区域的顺式调控元件（cis-regulatory elements, CREs），分析激素响应、光响应等调控位点。

1. 启动子与调控元件分析

   • 在ATG起始密码子上游1.5 kb区域鉴定启动子，发现32个CREs，包括脱落酸响应元件（ABRE）、MYB转录因子结合位点（MBS）和茉莉酸甲酯响应元件（CGTCA-motif）。
     
   • 通过Phytozome数据库进行启动子Blast比对，结合Clustal算法进行多序列比对，揭示不同品种间调控元件的差异。
     

2. 蛋白质结构与功能预测

   • 使用MEME工具鉴定保守基序（motif），发现BADH蛋白含ALDH家族标志性结构域（ALDH superfamily domain）和未知功能域DUF1487。
     
   • 通过Swiss-Model构建三维结构模型，GMQE评分0.94-0.95，Ramachandran图显示95%以上氨基酸处于允许区，验证模型可靠性。
     

3. 叶绿体基因组与系统发育分析

   • 藜麦叶绿体基因组全长152,079 bp，GC含量37%，包含84个蛋白编码基因。BADH基因与菠菜（Spinacia oleracea）亲缘关系最近，支持其进化保守性。
     

4. miRNA靶向调控网络

   • 鉴定16个藜麦miRNAs（如cqu-miR156、cqu-miR164），预测其靶向调控BADH相关蛋白（如超氧化物歧化酶、微管蛋白），揭示转录后调控机制。
     

主要结果
1. 基因特征：BADH基因在Shelly 23 Black和634,920 Zhe中分别编码454和500个氨基酸，分子量49.4 kDa和54.8 kDa，等电点5.3-5.4。
2. 启动子差异：634,920 Zhe比Shelly 23 Black多2个ABRE元件，可能增强其对干旱的响应能力。
3. 功能验证：分子对接显示BADH蛋白与四乙二醇配体结合，可能通过激活氧化还原酶活性（NAD/NADP受体）提升抗逆性。
4. 进化分析：BADH基因在藜麦中通过串联重复（tandem duplication）进化，与盐胁迫适应性相关。

结论与价值
本研究首次系统解析了藜麦BADH基因的调控网络与结构功能，证实其通过甜菜碱合成途径增强抗逆性。成果为分子设计育种提供了靶点，例如通过编辑启动子区域ABRE元件改良作物耐旱性。此外，BADH与miRNA的互作机制为非编码RNA调控研究开辟了新视角。

研究亮点
1. 多维度分析：整合启动子、蛋白质结构、miRNA等多组学数据，全面揭示BADH功能。
2. 方法创新：结合GMQE评分和Ramachandran图验证蛋白模型，提升预测准确性。
3. 应用潜力：鉴定到的CREs和miRNAs可直接用于基因编辑或分子标记开发。

其他发现
- 启动子中的TCA-element（水杨酸响应元件）与BADH在防御反应中的作用关联，支持植物激素交叉调控理论。
- 叶绿体GC含量低（37%）可能反映藜麦对高光强环境的适应性进化。