综述：日本柳杉中CjCCO家族的全基因组鉴定及CjCCD4a和CjCCD4d在转基因拟南芥中赋予胁迫耐受性

这篇综述系统研究了日本柳杉（Cryptomeria japonica）中类胡萝卜素裂解氧化酶（CCO）基因家族的特征与功能，首次鉴定出18个CjCCO基因，并通过生物信息学分析揭示其进化关系、结构保守性及启动子响应元件。重点验证了CjCCD4a/d通过调控ABA合成、抗氧化酶活性（SOD/POD/CAT）和光合作用（Fv/Fm）增强植物对盐旱胁迫的耐受性，为针叶树抗逆育种提供新靶点。

　　

基因组水平鉴定CjCCO家族

研究团队首次在日本柳杉全基因组中鉴定出18个CjCCO基因，根据系统发育分析划分为5个亚家族：CjCCD1s（2个）、CjCCD4s（6个）、CjCCD7s（1个）、CjCCD8s（5个）和CjNCEDs（4个）。这些基因编码的蛋白均含有保守的RPE65结构域（PF03055），分子量跨度54.71-96.06 kDa，等电点（pI）介于5.83-9.05之间。亚细胞定位预测显示，10个成员定位于叶绿体，其余分布于细胞质。值得注意的是，CjNCED3b以854个氨基酸成为家族最大成员，而CjCCD8b（492 aa）最小。

进化与结构特征

通过构建包含拟南芥（AtCCOs）、水稻（OsCCOs）和杨树（PtCCOs）的多物种NJ进化树，发现CjCCOs的基因结构与功能高度保守。所有成员共享motif 2/3/4/7核心元件，其中motif 2的16/22/25位、motif 3的20/24位组氨酸残基对Fe²⁺结合至关重要。CjCCD4和CjNCED亚家族内含子数量极少（0-1个），可能赋予其快速响应胁迫的能力。染色体定位分析显示，6个基因密集分布于2号染色体，CjCCD4c/d和CjCCD8b/c存在串联重复事件，Ka/Ks值<1表明纯化选择压力。

调控网络与功能预测

启动子分析发现193个光响应元件（如G-box）和33个逆境响应元件（如MBS干旱诱导元件）。KEGG富集显示CjCCOs显著参与类胡萝卜素代谢（ko00906）和ABA合成通路。蛋白互作网络揭示CjCCD7与多个亚家族互作，可能协调胁迫信号传导。

CjCCD4a/d的功能验证

通过比较转录组筛选出在越冬针叶中高表达的CjCCD4a/d。qRT-PCR显示二者在盐（200 mM NaCl）、旱（15% PEG-6000）、ABA（200 μM）和氧化胁迫（20 mM H₂O₂）下显著诱导表达。酵母自激活实验证实其无自发转录活性。

转基因拟南芥实验表明，过表达株系在胁迫下：

1. 叶绿素降解减少21-34%，光合参数F_v/F_m提升18%
2. MDA含量降低27-41%，SOD/POD活性提高1.5-2.3倍
3. 内源ABA水平上升2.1倍，伴随AtNCED3/5上调
4. 胁迫响应基因AtMAPK1/AtCBF5表达量增加3-5倍

应用前景

该研究填补了针叶树CCO家族研究的空白，揭示CjCCD4a/d通过"ABA-抗氧化"双途径增强抗逆性，为日本柳杉高抗品种分子设计提供理论依据。未来可进一步解析其切割β-胡萝卜素生成β-紫罗兰酮的具体机制。