芒果MiPRX基因家族全基因组鉴定及MiPRX27调控氧化胁迫的机制研究

《Plant Signaling & Behavior》：A genome-wide identification and expression analysis of the class III peroxidase gene family in Mangifera indica under abiotic stresses and the MiPRX27 gene regulates oxidative stress

本综述系统鉴定了芒果76个III类过氧化物酶基因（MiPRXs），通过染色体定位、系统进化和表达模式分析揭示其非均匀分布特征。重点发现MiPRX27在氧化、干旱和盐胁迫下显著上调，转基因拟南芥实验证实其通过促进侧根发育增强氧化胁迫耐受性，为芒果抗逆育种提供新靶点。

　　

基因组水平鉴定与进化特征

通过BLAST和隐马尔可夫模型（HMM）双重筛选策略，从芒果基因组中成功鉴定出76个III类过氧化物酶基因（MiPRXs）。这些基因在染色体上呈非均匀分布，其中1号和2号染色体集中了约三分之一的成员，而3号、4号等5条染色体仅含1个MiPRX基因。系统进化分析将MiPRXs划分为10个亚组（Group I-X），其中IV组和X组包含最多成员（各13个），V组仅含3个成员。保守基序分析发现所有MiPRX蛋白均包含6个核心基序（基序5-10），其中基序5-8在全部成员中高度保守，86.84%的蛋白包含完整的10个基序。基因结构分析显示内含子数量存在显著差异（0-5个），同一进化亚组内基因结构高度相似，如IX组所有成员均具有2个内含子和3个外显子。

表达模式与胁迫响应

通过RT-qPCR技术系统分析了76个MiPRXs在氧化胁迫（300 mmol·L^-1 H₂O₂）、干旱胁迫（30% PEG6000）和盐胁迫（300 mmol·L^-1 NaCl）下的动态表达谱。研究发现MiPRX19、25、27、32和72在三种胁迫下均呈现显著上调，其中MiPRX27的表达随时间推移持续增强，在氧化胁迫下48小时达到峰值，在干旱和盐胁迫下72小时仍维持高水平表达。值得注意的是，IV组成员（MiPRX9、11、59、66、73、76）在盐胁迫下普遍下调，而MiPRX27在胁迫早期（6小时）即被快速激活，表明其可能作为早期响应基因参与胁迫信号传导。

转基因功能验证

为明确MiPRX27的生物学功能，通过农杆菌介导的 floral dip法获得35S::MiPRX27过表达拟南芥株系。在正常1/2MS培养基中，转基因株系与野生型（Col-0）的根系发育无显著差异。但在氧化胁迫（0.5 mmol·L^-1 H₂O₂）条件下，过表达株系的侧根数量和总长度显著增加；干旱胁迫（200 mmol·L^-1 甘露醇）下侧根总长度显著提升；盐胁迫（150 mmol·L^-1 NaCl）下主根伸长明显增强。这些结果表明MiPRX27通过调控根系构型增强植物对多重胁迫的适应性，其中对氧化胁迫的缓解作用尤为突出。

进化机制与选择压力

共线性分析发现43对MiPRXs旁系同源基因中，18对为串联重复，25对为片段重复，Ka/Ks值均小于1，说明该基因家族进化主要受纯化选择驱动。芒果与拟南芥间鉴定出63对同源基因，而芒果与水稻间仅32对，表明芒果PRX基因与拟南芥的亲缘关系更近。启动子顺式元件预测显示MiPRXs启动子区包含大量胁迫响应元件，为其参与逆境应答提供了分子基础。

研究价值与展望

本研究首次在芒果中完成PRX基因家族的系统鉴定，揭示了MiPRX27通过调控根系发育增强氧化胁迫耐受性的新机制。研究结果为解析芒果抗逆分子网络提供了关键基因资源，为通过基因编辑技术培育抗逆芒果新品种奠定了理论基础。后续可进一步探究MiPRX27下游抗氧化酶系（如SOD、CAT、GST）的调控网络，阐明其在不同组织器官中的时空表达特性。