阿拉比卡咖啡及其祖先种中转化酶的全基因组鉴定揭示果实发育相关候选基因

为解决咖啡属植物中转化酶基因研究不足的问题，研究人员对阿拉比卡咖啡及其二倍体祖先种开展了全基因组转化酶鉴定研究。共鉴定到65个转化酶基因（C. arabica 28个CaINV，C. canephora 18个CcINV，C. eugenioides 19个CeINV），发现多倍化是CaINV基因家族扩张主因。通过共线性分析和顺式元件预测，揭示了这些基因在生长发育、胁迫响应和激素调控中的潜在作用，为咖啡抗逆性和果实品质研究提供了新方向。

　　

在植物生理过程中，转化酶(invertases)通过不可逆地将蔗糖降解为己糖，积极参与植物生长发育调控。咖啡属(Coffea)中转化酶基因的研究长期匮乏，限制了对其在咖啡发育中作用的认知。最新研究对阿拉比卡咖啡(C. arabica)及其二倍体祖先种C. canephora和C. eugenioides进行了全基因组水平的转化酶系统鉴定。

研究团队共鉴定到65个转化酶基因，其中四倍体的C. arabica含有28个CaINV基因，显著多于其二倍体祖先（C. canephora 18个CcINV，C. eugenioides 19个CeINV）。基因家族扩张分析表明，多倍化(polyploidization)是CaINV家族扩增的主要驱动力。通过共线性分析(synteny analyses)和染色体定位，发现CaINV基因主要来源于C. eugenioides基因组。

顺式作用元件(cis-acting elements)预测显示，这些基因可能参与三大生物学过程：生长发育调控、生物/非生物胁迫响应以及激素信号转导。转录组数据揭示，除中性/碱性转化酶基因CaN/AINV1外，所有C. arabica和C. canephora的转化酶基因在果实发育不同阶段均有表达，部分呈组成型表达，部分为条件性表达。值得注意的是，虽然CaN/AINV1在检测组织中未显示表达活性，但其启动子区存在两个GCN4顺式元件，暗示该基因可能在特定组织或发育阶段发挥功能。

这项研究为咖啡属植物，特别是具有重要经济价值的C. arabica和C. canephora，在抗病性、非生物胁迫耐受性以及果实化学成分调控等方面的研究开辟了新途径。研究发现的候选基因为深入解析咖啡品质形成和抗逆性分子机制提供了重要线索。