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这篇研究由朱晓琳（Zhu Xiao-lin）、王保强（Wang Bao-qiang）和魏小红（Wei Xiao-hong）等人完成，来自甘肃农业大学农学院、生命科学技术学院以及甘肃省干旱作物科学重点实验室。该研究发表在2022年的《BMC Genomics》期刊上。
学术背景
本研究属于植物分子生物学领域，特别是关于植物应对非生物胁迫的基因家族研究。藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种营养价值极高的双子叶植物，原产于南美洲安第斯山脉地区。其种子富含高质量蛋白质，含有均衡的人体所需必需氨基酸，并且无麸质，富含维生素、多酚、黄酮、皂苷和植物甾醇，使其成为一种完全营养食品。藜麦不仅具有极高的营养价值，而且遗传多样性丰富，耐旱和耐盐性强，可以在pH值4.5到9.5的边际土壤中生长。探索其优良营养和农艺特性的生物学基础已成为当前作物研究的主要焦点之一。SNRK2（Sucrose Non-Fermenting 1-Related Protein Kinase 2）蛋白家族是植物特有的丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶家族，参与脱落酸（ABA）信号通路，在多种生物和非生物胁迫中发挥重要作用。目前尚未有藜麦中SNRK2基因的报道，而最近发布的藜麦基因组为识别和表征SNRK2基因家族提供了机会。
详细工作流程
该研究包括以下主要步骤：
基因鉴定与基本属性分析 研究人员通过生物信息学分析在藜麦基因组中鉴定了13个SNRK2基因，并将其命名为CqSNRK2.1-CqSNRK2.13。这些基因编码的蛋白质长度从133个氨基酸（CqSNRK2.5）到401个氨基酸（CqSNRK2.1/CqSNRK2.13），预测的分子量在15,129.46 Da（CqSNRK2.5）到45,652.03 Da（CqSNRK2.5）之间。其中十个蛋白质的理论等电点低于7，属于酸性蛋白。
系统发育分析 研究人员使用了来自五种不同植物物种的53个SNRK2蛋白序列构建了系统发育树。结果显示，CqSNRK2蛋白分为三个主要分支（I组、II组和III组）。发现13对旁系同源基因和4对直系同源基因。
染色体定位与基因复制分析 研究确定了13个CqSNRK2基因在染色体上的位置。除了两个CqSNRK2基因位于Chr05（B）外，其余11个CqSNRK2基因均匀分布在所有11条染色体上。此外，发现了七对重复基因，均归类为片段重复事件。
基因结构与保守基序分析 研究发现大多数CqSNRK2基因具有高度保守的外显子和内含子分布。8个CqSNRK2基因（除CqSNRK2.1、CqSNRK2.4、CqSNRK2.5、CqSNRK2.10和CqSNRK2.13外）的第一个外显子与最后一个外显子长度相同，同一亚家族中的CqSNRK2基因具有相似的基因结构。
蛋白质相互作用网络构建与顺式作用元件分析 研究基于拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的同源蛋白构建了蛋白质相互作用网络图。同时，研究人员分析了CqSNRK2基因上游启动子区域的顺式作用元件，发现了18个具有不同序列的顺式作用元件。
表达模式分析 使用转录组数据评估了CqSNRK2基因在不同胁迫处理（干旱、低温、高温和盐）和不同组织器官中的表达模式。结果表明，几乎所有基因在四种不同处理下根和茎尖中的表达水平都发生了变化。
实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析 使用qRT-PCR分析了所有CqSNRK2家族基因在干旱、低温、NaCl、PEG和ABA处理下的表达情况。
主要结果
基因鉴定与基本属性分析 鉴定出13个CqSNRK2基因，其编码的蛋白质具有完整的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化域，蛋白质长度范围从133个氨基酸到401个氨基酸不等，分子量在15,129.46 Da到45,652.03 Da之间。
系统发育分析 构建的系统发育树将CqSNRK2蛋白分为三个主要分支，发现13对旁系同源基因和4对直系同源基因。
染色体定位与基因复制分析 确定了13个CqSNRK2基因在染色体上的位置，发现七对重复基因，均归类为片段重复事件。
基因结构与保守基序分析 大多数CqSNRK2基因具有高度保守的外显子和内含子分布，第一个外显子与最后一个外显子长度相同，同一亚家族中的CqSNRK2基因具有相似的基因结构。
蛋白质相互作用网络构建与顺式作用元件分析 构建了蛋白质相互作用网络图，发现启动子区域包含多种顺式作用元件，涉及激素响应、胁迫响应和组织特异性表达。
表达模式分析 转录组数据分析显示，几乎所有基因在四种不同处理下根和茎尖中的表达水平都发生了变化。
实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析 qRT-PCR分析显示，干旱、低温、NaCl、PEG和ABA处理下，CqSNRK2基因的表达水平显著变化。
结论
本研究系统地鉴定了藜麦基因组中的SNRK2家族，描述了13个SNRK2基因的物理化学性质、基因结构、蛋白质相互作用和启动子元件。基因结构和基序分析验证了系统发育分析结果。CqSNRK2基因启动子中的顺式元件与植物激素和非生物胁迫相关。RT-qPCR分析揭示CqSNRK2.4-CqSNRK2.5、CqSNRK2.8、CqSNRK2.10-CqSNRK2.13在低温、盐和干旱胁迫下显著上调。此外，CqSNRK2.12的过表达增加了拟南芥的盐和干旱胁迫耐受性。
研究亮点
重要发现 鉴定了13个CqSNRK2基因，发现其在藜麦基因组中的分布和功能特性。
方法新颖性 使用生物信息学方法全面分析了CqSNRK2基因的物理化学性质、基因结构和启动子元件。
研究对象特殊性 藜麦作为一种高营养价值和强抗逆性的作物，其SNRK2基因家族的研究为未来作物改良提供了重要参考。
其他有价值内容
本研究为藜麦SNRK2基因家族的进化、功能和表达研究提供了参考，为进一步研究该基因家族的功能奠定了基础。