人参WNK激酶基因家族全基因组鉴定及PgWNK基因在茉莉酸甲酯调控下参与原人参三醇型皂苷生物合成的分子机制研究

本研究针对人参中WNK（无赖氨酸）激酶基因家族功能未知的科学问题，通过全基因组鉴定和系统分析，揭示了32个PgWNK基因在染色体上的分布特征及其在茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下调控原人参三醇型皂苷（PPT）生物合成的关键作用。研究发现PgWNK05基因表达与五种PPT型皂苷（Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1）含量呈正相关，为解析人参皂苷合成调控网络提供了新靶点。

　　

作为享誉全球的药用植物，人参（Panax ginseng）以其独特的药理活性成分——人参皂苷（ginsenosides）闻名于世。这类三萜类化合物根据苷元结构可分为原人参二醇型（PPD）和原人参三醇型（PPT）等类型，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等广泛药理活性。然而，人参皂苷结构复杂、含量低下，如何通过生物技术手段提高其产量成为研究热点。茉莉酸甲酯（MeJA）作为重要的外源诱导剂，已被证实能显著提升人参不定根中皂苷含量，但其分子调控机制尤其是WNK激酶基因家族的作用仍属空白。

吉林农业大学的科研团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，首次对人参WNK基因家族进行了全基因组尺度解析。研究人员采用生物信息学与实验验证相结合的策略，通过HMMER软件全基因组筛选、系统发育树构建、染色体定位分析、GO功能注释、启动子顺式元件预测等技术，鉴定了32个PgWNK基因；结合qRT-PCR和皂苷含量检测，揭示了MeJA处理下关键PgWNK基因的表达动态及其与皂苷合成的相关性。

全基因组鉴定与进化分析
通过HMMER软件从人参基因组中鉴定出32个WNK基因，系统发育分析将其划分为三个分支。染色体定位显示这些基因不均匀分布在11条染色体上，其中23号染色体集中了12个基因。基因复制分析发现14对共线性基因，表明基因复制在家族扩张中起重要作用。保守基序分析显示亚家族VI具有最复杂的结构域组成，包含12个保守基序和PLN03150超家族结构域。

基因功能特征解析
GO注释显示90.6%的PgWNK基因参与代谢过程，100%具有结合功能。启动子分析发现20个基因含有48个MeJA响应元件，暗示该家族可能参与茉莉酸信号转导。共表达网络分析发现PgWNK09-10与PgWNK09-13基因在p≤1.0E-08阈值下仍保持强相关性，提示功能协同。

时空表达模式
表达热图显示PgWNK05在四年生人参不同组织、不同年限根部及42个地方栽培品种中均呈现高表达。特别在茉莉酸甲酯处理实验中，该基因表达量在72小时内持续上升，96小时达到峰值，与四个皂苷合成关键酶基因（PgAS_6、PgSE2_1、PgSS_1、PgUGT71A27_2）的表达模式高度一致。

MeJA调控机制
200 μM MeJA处理人参不定根后，PgWNK05表达与五种PPT型皂苷（Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1）含量呈显著正相关（p≤0.001）。相反，PgWNK07-04和PgWNK08-04表达下调时皂苷含量反而升高，显示不同PgWNK成员可能通过差异调控机制影响皂苷合成。

这项研究首次系统阐明了人参WNK基因家族的特征及其在MeJA诱导皂苷合成中的调控作用。特别是发现PgWNK05可能通过与PgAS_6等关键酶基因协同作用，正向调控PPT型皂苷的生物合成。该成果不仅填补了WNK激酶在药用植物功能研究的空白，更为人参皂苷的定向生物合成提供了新的分子靶点和理论依据。未来通过基因编辑等技术验证PgWNK05功能，将有望开发出高效生产高价值皂苷的生物技术策略。