桃树GH17家族基因全基因组鉴定及其在芽休眠-再生调控中的表达模式与分子机制研究

本综述系统性鉴定了桃树（Prunus persica）中GH17家族48个成员，揭示了其通过调控胞间连丝（plasmodesmata）的胼胝质（callose）代谢参与芽休眠建立、维持与解除的分子机制。研究发现PpGH17基因受ABA和GA等激素调控，并通过与PpKINβ2、PpMIEL1互作影响休眠进程，为桃树休眠性状的分子育种提供了关键靶点。

　　

引言：

芽休眠是温带落叶果树应对严寒冬季的进化策略，其过程涉及内休眠（endodormancy）和生态休眠（ecodormancy）的转换。研究表明，胞间连丝（plasmodesmata）作为细胞间通讯的关键通道，其通透性受胼胝质（callose）沉积与降解的调控，而β-1,3-葡聚糖酶（GH17）正是胼胝质水解的关键酶。尽管GH17家族在拟南芥和杨树中已有研究，但其在桃树芽休眠调控中的功能尚未系统解析。

材料与方法：

研究从桃基因组中鉴定出48个PpGH17基因，通过系统进化、保守基序、基因结构和染色体定位分析其分类特征。利用PlantCARE数据库分析启动子顺式作用元件，通过qRT-PCR验证基因表达模式，并采用酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）实验验证蛋白互作。

结果：

1. 1.
   系统进化分析将48个PpGH17成员分为α、β和γ三个亚族，其中α亚族成员最多（24个），β亚族最少（9个）。染色体分布显示基因不均匀分布在8条染色体上，第7号染色体分布最多（16个）。
2. 2.
   保守结构域分析表明所有成员均含有Glyco_hydro_17结构域，其中α和β亚族多数成员C端含有X8结构域（CBM43），可能与β-1,3-葡聚糖结合相关。
3. 3.
   启动子分析发现39个成员含ABA响应元件，26个含GA响应元件，表明PpGH17基因广泛参与激素调控网络。此外，21个基因含有低温响应元件，暗示其对温度信号的敏感性。
4. 4.
   表达分析显示，在桃和杏的休眠转换过程中，10个GH17基因显著差异表达，其中除PpGH17-13外均上调表达，表明多数基因正向调控休眠解除。qRT-PCR进一步揭示部分基因（如PpGH17-8、PpGH17-22）在芽破眠期表达升高，而另一些（如PpGH17-13、PpGH17-43）则下降。
5. 5.
   蛋白互作实验证实PpGH17-8与蔗糖非发酵相关激酶调节亚基PpKINβ2和E3连接酶PpMIEL1直接互作，提示其可能通过磷酸化和泛素化修饰参与信号传导。
6. 6.
   启动子序列分析发现11个PpGH17基因含有GCC-box样元件（PpEBB1结合位点），且过表达PpEBB1的杨树中16个PtGH17基因表达改变，表明GH17可能受PpEBB1直接调控并参与芽破眠过程。

讨论：

本研究揭示了PpGH17基因通过介导ABA-GA拮抗作用调控胼胝质代谢的分子机制。α和γ亚族成员在休眠不同阶段呈现差异化表达，可能与GA₄和GA₃的选择性诱导有关。低温积累通过诱导GH17表达促进胼胝质水解，恢复胞间连丝通透性，使生长促进信号（如FT蛋白）进入茎尖分生组织（SAM），驱动休眠解除。此外，PpGH17-8与PpKINβ2、PpMIEL1的互作网络为解析芽破眠的转录后调控提供了新视角。研究结果不仅深化了对木本植物休眠机制的理解，也为桃树品种改良提供了分子育种靶点。