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为探究 bHLH 基因家族在鸡血藤（Spatholobus suberectus）黄酮类生物合成中的作用，研究人员开展全基因组分析。结果识别出 156 个 SsbHLH 基因，发现 12 个与黄酮合成相关，过表达 SsbHLH112 可提升黄酮和儿茶素水平，为研究该基因功能提供依据。
在神奇的植物世界里，每一种植物都蕴含着独特的奥秘。鸡血藤（Spatholobus suberectus），这种来自豆科的药用植物，其干燥的茎在传统医学中有着广泛应用。它之所以备受关注，是因为含有丰富的黄酮类化合物，像儿茶素等，这些物质具有多种药理活性，比如儿茶素能促进造血祖细胞生长，其他黄酮类物质在癌症预防和治疗方面也展现出潜力。
然而，在植物生长和代谢的复杂调控网络中，有一个关键的 “角色”——bHLH（basic helix - loop - helix）基因家族，它在众多植物生理过程中发挥着重要作用，可在鸡血藤中，其对黄酮类生物合成的调控功能却还是个谜。为了揭开这个谜团，深入了解鸡血藤黄酮类化合物合成的调控机制，广西药用植物园的研究人员开展了一项全面而深入的研究。
研究人员对鸡血藤的基因组进行了深入分析，识别出 156 个编码 SsbHLH 结构域蛋白的候选基因。通过系统的研究，他们将这些基因进行了详细分类，发现它们可以被分为 19 个不同的亚组。进一步研究基因结构和保守基序，发现同一亚组的基因在结构和基序组成上具有相似性，这暗示着它们可能有着相似的生物学功能。
在基因定位和复制方面，研究人员发现 153 个基因分布在 9 条染色体上，基因复制分析表明，大部分重复基因经历了纯化选择，且片段复制是 SsbHLH 基因家族扩张的主要驱动力。
为了探究这些基因与黄酮类生物合成的关系，研究人员进行了表达分析和相关性研究。他们发现 12 个 SsbHLH 基因与黄酮类化合物、儿茶素、染料木素、异甘草素和芒柄花素的水平显著相关。其中，SsbHLH112 与儿茶素浓度的相关性尤为突出。
研究人员进一步对 SsbHLH112 进行功能验证，将其在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中过表达。结果令人惊喜，转基因烟草中的黄酮类化合物和儿茶素含量显著增加，同时，参与儿茶素合成途径的关键基因 NbDFR 和 NbLAR 的表达也明显上调。
这项研究意义重大，它首次全面解析了鸡血藤 bHLH 基因家族，为深入理解该基因家族在黄酮类生物合成中的调控机制提供了重要线索，也为进一步挖掘鸡血藤的药用价值、提高其有效成分含量奠定了理论基础。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 HMM（Hidden Markov Model）检索和数据库验证识别 SsbHLH 基因；其次，借助多种生物信息学工具，如 ProtParam、TBtools、MEME 等，对基因序列、结构和基序进行分析；然后，通过系统发育分析，构建进化树研究基因间的进化关系；最后，运用 RNA - seq 和 RT - qPCR 技术进行基因表达分析，结合相关性分析探究基因与黄酮类物质含量的关系。
下面来看具体的研究结果：
- bHLH 基因家族成员的识别与分析：分析鸡血藤基因组，识别出 156 个 SsbHLH 基因，这些基因编码的蛋白质在大小、分子量和等电点等方面存在差异，且大部分定位于细胞核。
- bHLH 基因的系统发育分析与分类：构建系统发育树，将 SsbHLH 基因分为 19 个亚组，部分亚组在进化上表现出与拟南芥（Arabidopsis thaliana）不同的特征，反映出基因进化的多样性。
- SsbHLH 基因的保守结构和基序组成：SsbHLH 基因的外显子数量在 1 - 11 之间，不同亚组具有独特的基序，同一亚组内基序相对保守，为研究基因功能提供了结构依据。
- SsbHLH 基因的染色体定位：153 个基因分布在 9 条染色体上，分布并不均匀，这种分布特征可能与基因功能和进化相关。
- SsbHLH 基因的复制事件：发现 94 对重复基因，主要由片段复制产生，且重复基因经历纯化选择，体现了基因进化的保守性。
- 黄酮类生物合成上游调控 SsbHLH 基因的鉴定：通过表达分析和相关性研究，确定了 12 个与黄酮类合成显著相关的基因，不同基因在不同组织中表达，与组织中黄酮类物质含量相关。
- 候选 SsbHLH 基因的表达分析：RT - qPCR 分析进一步证实了上述基因在不同组织中的表达差异，且与转录组数据相符。
- SsbHLH112 过表达对转基因本氏烟草的影响：过表达 SsbHLH112 使转基因烟草的黄酮类和儿茶素含量增加，相关合成基因表达上调，明确了 SsbHLH112 在黄酮类和儿茶素合成中的促进作用。
在研究结论和讨论部分，研究人员发现，鸡血藤中 bHLH 基因家族的大小与其他豆科植物不同，这不仅受基因组大小影响，还与物种进化历史有关。基因结构和基序分析支持了基因家族的系统发育关系，基因复制在家族扩张中起重要作用。而 12 个与黄酮类合成相关的候选基因，尤其是 SsbHLH112，为进一步研究黄酮类生物合成调控提供了关键靶点。虽然该研究取得了重要进展，但仍需在鸡血藤中进一步验证这些基因的功能。总体而言，这项研究为深入了解鸡血藤 bHLH 基因家族在黄酮类生物合成中的作用提供了重要基础，为后续研究指明了方向，有望推动鸡血藤药用价值的开发和利用。
