本研究由钟晴、陈佳伟、贾明良、周安佩（通信作者）及李升星共同完成，作者单位包括九江市植物基因资源保护和利用重点实验室/九江学院药学与生命科学学院、流域生态过程与信息江西省重点实验室/九江学院，以及江西现代植物组培繁育中心/江西省林业科学院。研究成果发表于《现代园艺》2025年第24期，题为《油茶copin基因家族的全基因组鉴定及进化分析》。
学术背景
生长素（auxin）作为植物内源激素，其极性运输特性对植物生长发育至关重要。PIN（PIN-FORMED）基因蛋白家族是已知的生长素极性输出载体中研究最深入的一类，其成员具有中间亲水环（hydrophilic loop, HL）和两端跨膜结构域（transmembrane domain, TMD）的保守特征。拟南芥中已鉴定出8个PIN成员，但其在油茶（Camellia oleifera）中的研究尚属空白。油茶作为重要的油料作物，其种子富含高比例不饱和脂肪酸（油酸占80%，亚油酸占8%），但分子调控机制尤其是生长素运输相关基因的研究亟待深入。本研究旨在通过全基因组鉴定油茶copin基因家族，解析其进化关系及表达模式，为油茶分子育种提供理论依据。
研究流程
基因家族鉴定
- 方法：联合使用HMMER软件的HMMsearch（基于PF03547模型）和BLAST比对，从油茶基因组中筛选候选基因。通过NCBI SwissProt数据库验证序列相似性，并利用Pfam、CDD及SMART数据库确认结构域特征。
- 样本与数据：基于已公布的油茶基因组数据，最终鉴定出13个copin成员，根据染色体位置命名（如copin1-copin13）。
序列特征与进化分析
- 理化性质：通过ProtScale和TMHMM Server 2.0在线工具分析疏水性、跨膜结构等特性。结果显示所有copin蛋白均具有中间亲水、两端疏水的典型结构，氨基酸长度379-662 aa，分子量41.6-77.1 kDa，其中6个成员为不稳定蛋白（不稳定性指数>40）。
- Motif与结构域：利用MEME工具预测20个保守motif，发现copin10-13及copin6-9分别具有相似模式，但后者与其他成员差异显著。
- 进化树构建：使用MEGA5软件的最大似然法（ML）构建系统发育树，bootstrap值设为1000。结果显示copin10-13与拟南芥atpin3/4/7聚为一支（支持率86%），copin3与atpin2、copin1与atpin6等均呈现高支持率聚类。
- 共线性分析：通过MCscanX软件发现7个copin与7个atpin存在8对共线性关系，如copin10-atpin3、copin1-atpin6等。
表达模式分析
- 组织特异性：采集根、叶、花芽、果实、果皮、种子6种组织各3个生物学重复（共18样本），通过RNA-seq数据分析表达量。结果显示：copin3/8/9在果实组织中高表达；copin7在根和叶中优势表达；copin12/13在叶芽和根中活跃。
- 干旱胁迫响应：以‘湘林1号’为材料，在0、4、8、12天胁迫时间点取样（各3重复，共12样本）。多数基因在12天时表达量达峰值（如copin4/11），部分基因（如copin5/6/8）在4-8天高表达但12天时沉默。
主要结果
- 基因家族扩张：油茶copin成员数量（13个）显著多于拟南芥（8个），可能与油茶适应性进化相关。
- 进化保守性：copin10-13与拟南芥atpin3/4/7的密切关系提示功能保守性；而copin6-9未与任何atpin聚类，可能为油茶特有分支。
- 表达分化：叶芽中高表达基因数量最多，反映生长素在分生组织中的活跃运输；干旱胁迫下12天为关键响应期，表明copin参与逆境调控。
结论与价值
本研究首次系统鉴定了油茶copin基因家族，揭示了其与拟南芥PIN蛋白的进化关联及表达特异性。科学价值在于丰富了木本植物生长素运输的分子机制认知；应用价值在于为油茶抗逆育种（如干旱响应）提供了候选基因靶点。
亮点
- 新发现：鉴定出油茶特有的copin6-9分支，其功能可能独立于经典PIN蛋白。
- 方法创新：结合共线性分析与动态表达谱，揭示了基因家族的功能分化。
- 应用潜力：干旱胁迫下copin4/11的持续高表达提示其可作为抗旱标记基因。
其他价值
研究得到江西省教育厅（GJJ211835）和江西省林业局（创新专项〔2022〕35号）资助，数据可为后续功能验证（如基因敲除或过表达）奠定基础。