巴西橡胶树LHC基因家族全基因组解析及其响应低温胁迫的调控机制研究

《Tree Genetics & Genomes》：Genome-wide characterization and expression analysis of the LHC gene family of Hevea Brasiliensis and its response to cold stress

本研究针对巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）LHC基因家族功能未知的问题，系统鉴定了43个HbLHC基因，揭示其通过PsbS-STN7模块调控PSII光保护及HbFCII1/HbPsbS介导的低温响应机制，为亚热带橡胶树抗寒育种提供分子靶点。

　　

光捕获叶绿素a/b结合蛋白（Light-harvesting chlorophyll a/b-binding protein, LHC）超家族在植物光合效率优化和非生物胁迫响应中起核心作用。本研究首次在天然橡胶生产关键物种巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）中完成LHC基因家族的全基因组规模解析，发现43个HbLHC基因分布于15条染色体，系统进化与转录组分析表明该家族在平衡乳胶代谢和低温耐受性中具有功能特异性。这些基因被划分为Lhca、Lhcb、SEP、FCII、OHP和PsbS六个亚家族，呈现多样外显子-内含子结构（1-10个外显子）和亚细胞定位预测。实验验证显示HbLhcb2.2定位于叶绿体，而HbELIP在细胞质积累，提示其突破了叶绿体经典功能的新功能化现象。组织特异性表达谱显示HbLhca3在生殖组织（花/果实）优势表达，HbELIP在产胶乳管中高表达。低温胁迫（18°C/14°C昼/夜）下34个HbLHC基因显著下调，与PsbS–STN7模块抑制导致的PSII光保护能力下降同步。蛋白质互作网络分析揭示了光合系统组装进化保守性，包括HbLhca1–PSI–LHCI和HbLhcb4–PSII超复合体关联。值得注意的是，HbFCII1/2/3的阶段性诱导和HbPsb28的延迟上调（第7天增加3.1倍）凸显了低温响应层级调控动态，其中HbPsbS和HbFCII1成为低温条件下稳定光合 apparatus的关键调控节点。该研究为通过靶向调控光合-胁迫交叉对话提升橡胶树抗寒性提供了分子框架，支撑亚热带地区气候适应性橡胶种植的发展。