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为探究人参（Panax ginseng）中 ATP 结合盒转运蛋白（ABC）家族的功能，研究人员开展其全基因组鉴定及茉莉酸甲酯（MeJA）处理下的表达分析研究。结果发现 106 个 PgABC 基因，分属 7 个亚家族，部分基因在 MeJA 处理下表达改变。该研究为深入了解 ABC 基因家族功能提供依据。
在植物的奇妙世界里，有一类神秘的 “运输小能手”——ATP 结合盒转运蛋白（ABC）。它们广泛存在于各种生物中，承担着物质跨膜运输的重要使命，对植物的生长发育、抵御外界压力以及次生代谢产物的运输和积累起着关键作用。人参，作为我国传统的珍贵中药材，其主要活性成分人参皂苷属于次生代谢产物。然而，目前对于人参中 ABC 转运蛋白的研究却十分稀少，就像在黑暗中摸索，人们对它们的组成、结构特点以及在人参生长过程中的作用机制知之甚少。为了揭开这些谜团，来自吉林农业大学的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先，利用生物信息学手段，基于人参转录组数据库，通过与多种植物的 ABC 转运蛋白序列比对，结合隐马尔可夫模型（HMM）分析等方法，鉴定人参 ABC 转运蛋白家族成员。之后，运用多序列比对、系统发育分析、染色体定位和共线性分析等技术，深入研究该家族基因的特征。同时，借助实时荧光定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）技术，检测茉莉酸甲酯（MeJA）处理下人参不定根中相关基因的表达变化。
研究结果主要如下：
- ABC 基因家族的鉴定：通过筛选和分析，从 106 个含有 ABC 保守结构域的转录本中获得 40 个 PgABC 基因，并进行命名。
- 系统发育分析：将 PgABC 蛋白与拟南芥、水稻和番茄的 ABC 蛋白构建系统发育树，发现 PgABC 基因家族可分为 7 个亚家族，其中 ABCG 亚家族成员最多，ABCI 亚家族最少。同一亚家族的基因序列往往在同一分支上，且与外源物种同一分支的 PgABC 蛋白可能具有相似功能。
- 顺式作用元件分析：对 PgABC 基因家族启动子区域分析，发现存在多种参与细胞过程的顺式元件，如响应茉莉酸甲酯的 CGTCA 基序、能与 MYB 转录因子结合的 MYB 结合位点（MBS）元件等，表明该基因家族参与激素信号和环境胁迫响应。
- 结构域和保守基序分析：PgABC 基因家族保守基序数量为 1 - 15 个不等，Motifs 2、13、1、8 和 10 出现频率较高。进化分支上相近的基因具有相似的保守基序和基因结构。
- 染色体分布和共线性分析：77 个 PgABC 基因定位到人参 16 条染色体上，分布不均匀，chr12 上基因最多。共线性分析显示存在 40 对重复序列，暗示这些基因在进化过程中可能经历了基因加倍等事件，且染色体上位置相近的基因可能功能相似。
- 时空表达模式分析：在 4 年生人参 14 个组织、4 个不同年龄人参根和 42 个农场栽培品种中分析 PgABC 基因表达。结果表明，该基因家族在不同组织、年龄和品种中的表达模式存在差异，但多数基因有表达，且部分基因在花梗、果梗和特定年龄根中高表达。
- 功能分类和注释富集分析：通过 GO 功能注释，106 个转录本中多数被注释到生物过程（BP）、细胞组分（CC）和分子功能（MF）。在 BP 中，主要富集在刺激响应、细胞过程等；CC 中富集在细胞解剖实体；MF 中主要涉及催化活性、转运体活性等，说明 PgABC 蛋白在人参生长、发育和次生代谢中起跨膜转运作用。
- 相关性和共表达分析：对 42 个农场栽培品种中 PgABC 基因表达进行共表达网络分析，发现不同 p 值下基因家族成员形成不同规模的共表达网络，表明人参中 PgABC 基因之间关系密切。
- MeJA 处理下的表达分析：用 MeJA 处理人参不定根，qRT-PCR 检测发现 106 个基因中有 57 个响应 MeJA 胁迫。随机选取 9 个候选基因分析，发现不同基因在 MeJA 处理后的表达变化趋势不同，其中 PgABC14、PgABC18 和 PgABC24 - 01 对 MeJA 响应更显著。
研究结论和讨论部分指出，研究人员首次在人参基因组中鉴定出 106 个 ABC 基因家族成员，并对其进行分类和特征分析。这些基因在结构、染色体分布和表达模式上存在差异，且参与多种生物学过程，尤其是在人参皂苷生物合成过程中受 MeJA 影响。这不仅为深入研究人参 ABC 基因家族功能奠定了理论基础，也为探索人参皂苷在非生物胁迫下的运输机制提供了遗传资源，有助于推动人参药用价值的开发和利用，在人参种植、药用成分提取等实际应用方面具有重要意义，为后续研究开辟了新的方向。
