小麦BTB基因家族的多组学解析揭示TaBTB11/56/57/58在热旱联合胁迫调控中的关键作用

本研究针对小麦(Triticum aestivum)在气候变化下面临的热旱联合胁迫挑战，通过全基因组分析鉴定出62个BTB基因家族成员，系统解析其进化关系、结构特征及表达模式。研究发现TaBTB11/56/57/58在热、旱及联合胁迫下显著调控，核定位实验证实其功能定位，为小麦抗逆育种提供了关键分子靶标。该成果发表于《Rice》，为作物抗气候变化机制研究开辟新视角。

　　

气候变化正对全球粮食安全构成严峻挑战，其中高温和干旱的复合胁迫可使小麦减产高达70%。作为人类20%热量来源的主粮作物，小麦面临"高温促进气孔开放"与"干旱诱导气孔关闭"的生理矛盾，亟需解析其分子调控网络。河南科技学院小麦玉米双高产国家重点实验室的研究团队聚焦BTB（Broad Complex, Tramtrack, and Bric-a-brac）基因家族——这个在果蝇中首次发现、含保守蛋白互作结构域的调控因子家族，通过多组学方法揭示了小麦应对复合胁迫的分子开关。

研究采用BLAST和隐马尔可夫模型(HMM)鉴定基因家族，通过系统发育分析划分功能亚群，结合染色体定位和顺式元件预测解析调控机制。利用两个小麦品种（Atay 85和Zubkov）的转录组数据和qRT-PCR验证关键基因表达，最后通过绿色荧光蛋白(GFP)标记确定亚细胞定位。

BTB基因家族的鉴定与特征分析

研究团队在六倍体小麦中鉴定出62个BTB基因，分子量跨度达16.9-113.1 kDa，等电点(pI)范围4.80-9.70。系统发育分析将其分为9个亚群，其中21个为仅含BTB结构域的"核心成员"，而TaBTB3等基因携带Cullin结构域，提示其参与蛋白质降解途径。染色体定位显示D基因组含最多BTB基因（22个），基因复制分析表明43对基因通过片段复制扩增。

胁迫响应元件的全景解析

在启动子区发现4018个顺式调控元件，包括832个CAAT-box和158个脱落酸响应元件(ABRE)。特别值得注意的是，TaBTB56等基因同时含有MYB、MYC等热旱响应元件，为其胁迫调控功能提供结构基础。

表达谱的时空特异性

转录组分析揭示Atay 85根系中TaBTB25在干旱下上调8.6倍，而Zubkov叶片中TaBTB56在热胁迫下上调6倍。qRT-PCR验证发现TaBTB11在联合胁迫中表达量激增18倍，且TaBTB11/56/57/58在所有胁迫条件下均显著调控，显示其作为"中枢调控节点"的潜力。

核定位的功能确证

通过农杆菌介导的烟草转化实验，GFP::TaBTB56等融合蛋白与核标记HY5-mCherry共定位，证实这些蛋白在细胞核内行使转录调控功能。

该研究首次绘制了小麦BTB基因家族的完整图谱，发现TaBTB11/56/57/58通过核定位调控网络协调热旱胁迫响应。这些基因可作为分子标记辅助选择的靶点，为培育抗气候变化小麦品种提供新策略。研究还提出BTB蛋白可能通过CUL3泛素连接酶复合体调控胁迫信号通路，为作物抗逆机制研究开辟了新方向。