菜豆属凝集素基因家族的多重胁迫响应与进化动力学：全基因组鉴定及调控网络解析

本研究针对菜豆属凝集素基因家族缺乏系统性比较分析的问题，由研究人员对菜豆属三个物种（P. vulgaris, P. lunatus, P. acutifolius）进行了全基因组鉴定与进化分析。研究揭示了凝集素基因主要通过串联和分散复制扩张，并受到纯化选择和位点特异性正选择；表达谱分析发现14个基因在多种生物/非生物胁迫下上调，呈现多效性，其上游受AP2、MYB等转录因子家族调控。该研究为提升豆科作物抗逆性提供了重要靶点和理论依据。

　　

凝集素（Lectins）是一类多样化的蛋白质，它们在植物防御、胁迫响应以及多种生理过程中扮演着关键角色。本研究对三种菜豆属（Phaseolus）物种——普通菜豆（P. vulgaris）、利马豆（P. lunatus）和tepary菜豆（P. acutifolius）——中的凝集素基因进行了全面的全基因组分析。利用Phytozome数据库的基因组数据，研究人员分别鉴定出132、132和134个推定的凝集素基因，这些基因分属于8个凝集素家族，其中豆科凝集素（legume lectin）、GNA（Galanthus nivalis agglutinin）和Nictaba家族最为丰富。结构域分析揭示了从简单的单一结构域凝集素（merolectin）到具有多个结构域的复杂嵌合凝集素（chimerolectin）的广泛结构谱。扩张分析表明，凝集素家族的扩张主要通过串联复制（tandem duplication）和分散复制（dispersed duplication）实现，并且在三种菜豆属物种中具有相似的共线性特征。基于密码子的进化模型显示，虽然大多数凝集素基因处于纯化选择（purifying selection）之下，但来自特定家族（如豆科凝集素、Pl-Nictaba和Pa-Hevein）的几个复制基因对表现出位点特异性和间歇性的正选择（positive selection），这暗示了与功能特化相关的适应性分化。在非生物胁迫（盐度、寒冷）和生物胁迫（细菌、真菌、昆虫）条件下的表达谱分析揭示了凝集素基因的差异性调控，其中多个基因（14个）通过在几种胁迫下上调表达而表现出多效性（pleiotropic effect）。调控分析鉴定出AP2、B3、Dof、ERF、MYB和TCP家族的转录因子是这些多效性基因的潜在上游调控因子，它们形成了整合环境和发育信号的复杂顺式调控网络（cis-regulatory network）。这项研究为理解菜豆属物种中凝集素的结构多样性、进化动力学和胁迫响应作用提供了新的见解，并为提高豆科作物的胁迫恢复力（stress resilience）确定了有前景的靶点。