姜荷花全基因组CML基因家族分析揭示CACML140通过MAPK信号通路调控低温胁迫响应的分子机制

本研究针对姜荷花(Curcuma alismatifolia)低温敏感性问题，通过全基因组分析鉴定出202个钙调蛋白类似基因(CACML)，系统解析其进化特征与低温响应机制。研究发现CACML140通过激活MAPK级联信号通路(MAPK cascade signaling pathway)调控低温胁迫响应，为园艺作物抗寒育种提供重要靶点。该研究首次在姜荷花中建立CML基因功能分析框架，发表于《BMC Plant Biology》具有重要理论价值与应用前景。

　　

在热带花卉姜荷花的商业化栽培中，低温胁迫是限制其地理分布和产业发展的主要瓶颈。这种具有艳丽花序的姜科植物，其细胞如何感知低温信号并通过钙离子(Ca²⁺)信号级联启动防御机制，一直是未解之谜。传统抗寒育种因缺乏分子靶点而进展缓慢，而模式植物中已发现的钙调蛋白类似基因(Calmodulin-like, CML)在姜荷花中的功能仍属空白。

贵州工程应用技术学院的研究团队通过全基因组分析，系统鉴定了202个CACML基因，发现其通过片段复制(segmental duplication)扩张并保留典型EF-hand结构域。低温转录组分析揭示CACML140显著上调，与MAPK信号通路的MKK7/MKK9形成共表达网络。qRT-PCR验证显示该基因通过调控氧化应激基因CAT2.1和转录因子WRKY20参与低温响应。

研究采用四大关键技术：1) 基于EF-hand结构域(PF00036)的基因组筛选；2) 多物种共线性分析(MCScanX)；3) 启动子顺式元件预测(PlantCARE)；4) 4°C低温处理的转录组测序(DESeq2差异分析)。

系统鉴定与进化特征
202个CACML基因不均匀分布于16条染色体，含1-6个EF-hand结构域。系统发育分为4个分支，其中Clade 4特有10个保守基序，暗示功能创新。Ka/Ks分析显示CACML86在姜荷花与A. viiosum中经历正向选择。

调控元件与表达模式
启动子区富集MYC(1094个)和茉莉酸响应元件CGTCA-motif(829个)。CACML187含21个MYC元件，可能作为低温应答关键调节器。

低温响应机制
MAPK通路中MKK7/MKK9与CACML140表达正相关(R²>0.9)，而RCAR11负调控。qRT-PCR证实CACML140在4°C处理12小时后表达量提升3.8倍。

该研究首次阐明姜荷花CML基因通过"Ca²⁺-CACML140-MAPK"通路传导低温信号的分子机制。发现Clade 4的特异基序组合为植物CML功能分化提供新证据，而CACML86的正向选择案例揭示了近缘物种的趋同进化。研究建立的基因功能分析框架，为后续利用基因编辑技术培育抗寒品种奠定理论基础，对热带观赏作物应对气候变化具有重要实践价值。