类型a
藜麦AP2/ERF基因家族的鉴定与表征及其在盐胁迫下的表达模式研究
作者：Bahlanes Bakhtari, Hooman Razi（通讯作者）, Abbas Alemzadeh, Ali Dadkhodaie, Ali Moghadam
机构：伊朗设拉子大学植物生产与遗传学系，设拉子大学生物技术研究所
期刊：*Scientific Reports*，2024年
藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种具有高耐盐性的假谷物作物，属于苋科植物。随着全球气候变化和土壤盐碱化的加剧，开发耐盐作物品种成为农业可持续发展的关键。AP2/ERF转录因子家族（APETALA2/Ethylene Responsive Factor）在植物生长、发育以及对生物和非生物胁迫的响应中起着重要作用。然而，关于藜麦AP2/ERF基因家族的系统性研究较少，尤其是其在盐胁迫下的表达模式尚未明确。本研究旨在全面鉴定和表征藜麦AP2/ERF基因家族，并分析其在盐胁迫条件下的表达特征，为后续研究提供候选基因和分子育种的基础。
研究团队从藜麦基因组数据库（Phytozome v13 和 ChenopodiumDB）中提取了150个非冗余的CqAP2/ERF基因，并根据其序列相似性和结构特征将其分为五个亚家族：71个ERF基因、49个DREB基因、23个AP2基因、3个RAV基因和4个Soloist基因。通过BLASTP程序和保守结构域分析工具（如Pfam和SMART），验证了这些基因的存在和分类。
利用MEGA-X软件构建了藜麦与拟南芥AP2/ERF蛋白的系统发育树，揭示了各亚家族的进化关系。进一步使用MEME工具分析了CqAP2/ERF蛋白的保守基序，发现每个亚家族共享特定的保守基序，反映了其功能特异性。此外，通过TBtools软件整合了基因结构、保守基序和系统发育关系，展示了各亚家族成员的内含子-外显子结构差异。
研究团队将CqAP2/ERF基因定位到藜麦的18条染色体上，发现其分布不均匀。通过TBtools软件分析了基因复制事件，发现66对重复基因，其中片段复制占主导地位（42.6%）。计算了非同义替换率（Ka）、同义替换率（Ks）和Ka/Ks比值，表明大多数重复基因受到纯化选择压力，维持了其原始功能。
提取了CqAP2/ERF基因上游2 kb区域的启动子序列，利用PlantCARE数据库分析了顺式作用元件。结果表明，光响应元件在所有基因中普遍存在，而激素响应元件（如ABA、MeJA、生长素等）和应激响应元件（如低温、干旱、防御等）则在不同基因中表现出多样性。
基于拟南芥AP2/ERF同源蛋白，使用STRING数据库预测了CqAP2/ERF蛋白的互作网络，并通过Cytoscape软件可视化。GO富集分析和KEGG通路分析显示，CqAP2/ERF基因主要参与转录调控、乙烯信号通路、MAPK信号通路和植物-病原体互作等功能。
利用RNA-Seq和qRT-PCR数据分析了CqAP2/ERF基因在盐胁迫下的表达模式。结果显示，59个基因在盐胁迫下显著差异表达，其中54个基因在根部差异表达，22个基因在芽部差异表达。部分基因表现出组织特异性表达模式，暗示其功能分化。
共鉴定出150个CqAP2/ERF基因，分为五个亚家族。系统发育分析揭示了各亚家族的进化关系，且DREB和ERF亚家族进一步细分为多个亚组。基因结构分析显示，AP2亚家族基因具有复杂的内含子-外显子结构，而ERF和DREB亚家族基因多为单外显子结构。
CqAP2/ERF基因在藜麦染色体上分布不均，片段复制是其扩增的主要驱动力。Ka/Ks分析表明，大多数重复基因受到纯化选择压力，维持了其功能稳定性。
启动子分析揭示了CqAP2/ERF基因在激素信号传导和应激响应中的潜在功能。GO和KEGG分析进一步支持了这些基因在转录调控和信号通路中的重要作用。
RNA-Seq和qRT-PCR数据显示，多个CqAP2/ERF基因在盐胁迫下显著上调或下调表达，特别是ERF、DREB和RAV亚家族成员。部分基因表现出组织特异性表达模式，暗示其在不同器官中的功能分化。
本研究系统鉴定了藜麦AP2/ERF基因家族，揭示了其结构和进化特征，并分析了其在盐胁迫下的表达模式。研究结果为理解藜麦耐盐机制提供了重要线索，也为开发耐盐作物品种提供了候选基因。此外，研究强调了片段复制在基因家族扩增中的关键作用，为植物基因组进化研究提供了新视角。
研究还探讨了CqAP2/ERF基因的功能分化和组织特异性表达模式，为后续研究提供了丰富的数据资源。