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在甘蔗研究领域，为探究 MAPK 级联基因在甘蔗应对非生物胁迫中的作用，研究人员开展了全基因组鉴定工作。结果发现 89 个 ScMAPK、24 个 ScMAPKK 和 107 个 ScMAPKKK 基因，它们在非生物胁迫下表达各异。该研究为甘蔗抗逆研究提供了重要依据。
在植物的生长发育过程中，会面临各种各样的非生物胁迫，比如干旱、高盐、低温等。这些胁迫就像一道道难关，严重影响着植物的生长和产量。甘蔗作为全球重要的糖料作物和潜在的生物乙醇原料，其生长同样深受非生物胁迫的困扰。然而，由于现代甘蔗品种基因组具有高度的多倍性和非整倍性，极为复杂，之前在多倍体甘蔗品种 R570 基因组中，MAPK（丝裂原活化蛋白激酶，mitogen-activated protein kinase）级联基因的相关研究还存在空白，这就如同在黑暗中摸索，让科研人员难以深入了解甘蔗应对非生物胁迫的内在机制。因此，开展对甘蔗中 MAPK 级联基因的研究迫在眉睫，这不仅有助于揭示甘蔗应对非生物胁迫的分子机制，还能为甘蔗的遗传改良提供理论依据。
中国热带农业科学院热带生物技术研究所等研究机构的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们通过全基因组分析，在多倍体甘蔗品种 R570 基因组中成功鉴定出 89 个 ScMAPK、24 个 ScMAPKK（MAP 激酶激酶，MAP kinase kinases）和 107 个 ScMAPKKK（MAP 激酶激酶激酶，MAP kinase kinase kinases）基因，并对这些基因进行了系统的分析。研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是序列检索技术，从甘蔗基因组数据库下载序列，利用 BLASTp 算法和 HMMER 软件检索 MAPK 级联基因；二是生物信息学分析技术，进行系统发育分析、基因结构和保守基序分析等；三是实验验证技术，通过 qRT-PCR（实时荧光定量聚合酶链式反应，quantitative real-time polymerase chain reaction）检测基因在不同非生物胁迫下的表达情况 。
研究结果如下：
- 基因鉴定与特征分析：通过全基因组分析，鉴定出大量 MAPK 级联基因，并对其理化参数、亚细胞定位等进行预测。这些基因编码的蛋白质在氨基酸数量、等电点、分子量等方面存在差异，且定位在不同细胞部位。
- 基因家族分类与结构分析：系统发育分析将 ScMAPK 和 ScMAPKK 基因分为四个亚组，ScMAPKKK 基因分为三个亚家族。基因结构和保守基序分析显示，同一亚组或亚家族内基因具有相似特征，不同亚组或亚家族间存在差异，表明基因结构与进化关系密切。
- 基因定位与复制分析：MAPK 级联基因不均匀分布在甘蔗基因组的染色体和支架上。基因复制和共线性分析发现，169 对基因存在等位和非等位片段复制，染色体 Chr6A-G 和 Chr2A-G 是复制热点区域，说明基因复制在基因家族扩展中起重要作用。
- miRNA 预测与蛋白互作分析：预测发现 13 种 miRNA 靶向 87 个 MAPK 级联基因，其中 “ssp-miR168a” 作用显著。蛋白互作网络分析表明，MAPK 级联蛋白参与多种生物过程，为研究其功能提供了线索。
- 基因表达分析：qRT-PCR 分析显示，在干旱（PEG 处理）、盐（NaCl 处理）和钙（CaCl2处理）胁迫下，MAPK 级联基因表达模式不同。如干旱时，ScMAPK07、ScMAPK66 和 ScRAF43 表达下调，ScMAPKK13、ScRAF10 和 ScZIK18 表达上调，表明这些基因在甘蔗应对非生物胁迫中发挥不同作用。
研究结论和讨论部分指出，该研究全面鉴定了甘蔗 MAPK 级联基因，揭示其在非生物胁迫响应中的功能多样性。基因结构和进化分析表明，MAPK 级联基因在不同植物物种中具有相似性和保守性，基因复制、顺式作用元件和 miRNA 在基因功能和调控中起重要作用。此外，研究还发现部分基因在胁迫响应中起正向或负向调节作用，为深入理解甘蔗抗逆机制提供了依据，也为通过基因工程手段提高甘蔗抗逆性提供了潜在靶点，对甘蔗产业的发展具有重要意义。
