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针对全球约三分之一耕地土壤有效磷不足限制作物产量、黄瓜（Cucumis sativus L.）中 PHT 功能未明的问题，研究人员对黄瓜 PHT 基因家族开展全基因组分析，鉴定出 17 个 CsPHT 基因，发现其在胁迫响应和激素调节中起作用，为黄瓜抗逆遗传改良提供理论依据。
磷（P）是植物生长发育必需的营养元素，在能量代谢、信号转导和胁迫响应中起着关键作用。然而，土壤中有效磷的缺乏严重限制了作物产量，全球约三分之一的耕地土壤面临磷不足的问题。尽管在多种植物中已广泛研究了磷酸盐转运蛋白（PHT）的遗传特性，但在黄瓜中其具体作用仍知之甚少。为了填补这一知识空白，中国农业科学院蔬菜花卉研究所等机构的研究人员开展了黄瓜 PHT 基因家族的系统研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：从黄瓜基因组数据库检索基因组和蛋白质序列文件，利用 Uniprot 数据库中 PHT 各亚家族的结构域 accession 号，通过隐马尔可夫模型（HMM）在 InterPro 的 Pfam 插件下载对应文件，使用 TBtools-II 鉴定候选基因并提取蛋白序列，经在线工具预测保守结构域后确定 CsPHT 基因家族成员；运用 TBtools-II 可视化基因结构，通过 MEME 在线工具分析保守基序；借助 MEGA 11 进行同源序列比对，采用邻接法构建系统发育树；利用 PlantCare 数据库预测启动子区域的顺式作用元件，通过 R 语言的 ggplot2 包进行可视化；通过 TBtools-II 进行染色体定位和共线性分析，使用 SWISS-MODEL 平台进行蛋白质三维结构建模，借助 STRING 数据库预测蛋白质 - 蛋白质相互作用网络；采用 qRT-PCR 技术分析基因在不同组织及胁迫、激素处理下的表达模式。
研究结果
系统发育分析与基因家族鉴定
基于水稻、拟南芥和黄瓜的 PHT 蛋白序列构建系统发育树，将黄瓜 PHT 基因家族分为 CsPHT1、CsPHT2、CsPHT3 和 CsPHO1 四个亚家族，分别包含 5、1、4 和 7 个成员。其中 PHT2 亚家族在三种物种中均仅含一个成员，显示出较强的进化保守性。
理化性质与亚细胞定位
CsPHT 基因编码的蛋白质氨基酸序列长度为 279-830 aa，分子量 22,752.79-95,796.17 Da，等电点 8.31-9.43。CsPHT1、CsPHT2 和 CsPHT3 亚家族成员为疏水性蛋白，分别主要定位于细胞膜、叶绿体和线粒体；CsPHO1 亚家族为亲水性蛋白，亚细胞分布多样。
染色体定位与共线性分析
17 个 CsPHT 基因分布在 6 条染色体上，染色体 3 和 5 分别含有 5 个和 8 个基因，存在两对串联重复基因（CsPHT1-4/CsPHT1-11 和 CsPHO1-H9A/CsPHO1-H10），其 Ka/Ks 值均小于 1，表明经历纯化选择。种间共线性分析显示，黄瓜与拟南芥、甜瓜、西瓜和水稻分别存在 17、14、17 和 3 对同源基因。
顺式作用元件与表达模式
启动子区域含有多种顺式作用元件，涉及胁迫响应、激素调节和生长发育过程。时空表达分析表明，部分基因具有组织特异性表达模式，如 CsPT1-3 等在根中高表达，CsPT2-1 在叶中高表达。非生物胁迫处理显示，CsPT1-9、CsPT1-11 和 CsPT2-1 在多种胁迫下持续上调，而 CsPT1-3 在激素处理下显著上调。
蛋白质结构与互作网络
同源建模显示，CsPHT 蛋白具有典型的二级结构特征，不同亚家族结构差异显著。蛋白质互作网络分析显示，CsPHO1、PHR1、UBC24 等为核心节点，提示其在磷信号转导和胁迫响应中的关键作用。
研究结论与意义
本研究首次在黄瓜中系统鉴定了 17 个 CsPHT 基因，揭示了其进化关系、结构特征和表达模式，发现 CsPHT 基因在非生物胁迫响应和激素调节中具有重要作用，为进一步研究其分子功能和黄瓜抗逆遗传改良提供了理论基础和候选基因。研究结果有助于深入理解黄瓜磷代谢的分子机制，为培育高磷利用效率和抗逆性的黄瓜品种提供了新的思路和靶点，对可持续农业生产具有重要意义。
