花生DoG1基因家族全基因组鉴定及乙烯利调控种子休眠机制研究

《Plant Gene》：Genome-wide identification of the Delay of Germination (DoG1) gene and ethrel mediated regulation of seed dormancy in peanut

本综述首次系统鉴定花生Delay of Germination 1 (DoG1)基因家族（AhDoG1L），揭示其通过保守DoG1结构域、核定位及响应光/激素/低温的顺式元件调控种子休眠。研究发现AhDoG1L在新鲜种子中高表达且受乙烯利（ethrel）诱导，为培育抗穗发芽花生品种提供关键靶点（如AhDoG1-L34等）。

　　

Highlight

DoG1基因家族是调控种子休眠和萌发的关键因子，通过整合发育信号与环境 cues 发挥作用。其在拟南芥和谷物（如水稻、小麦、大麦和玉米）中的功能重要性已明确（Lilay等人，2020年；Wang等人，2013年；Uno等人，2000年；Wei等人，2012年；Zeb等人，2022年）。在拟南芥中，DoG1突变体导致种子萌发更快，表明其在抑制萌发中的作用。然而，关于DoG1基因在花生中的知识仍然有限。

Discussion

DoG1基因家族代表了一组关键基因，通过整合发育线索和环境信号来调控种子休眠和萌发。它们在拟南芥以及水稻、小麦、大麦和玉米等谷物中的功能重要性已得到充分证实，这些基因调节关键的生理过程（Lilay等人，2020年；Wang等人，2013年；Uno等人，2000年；Wei等人，2012年；Zeb等人，2022年）。在拟南芥中，DoG1突变体导致更快的萌发，表明其在抑制萌发中的作用。然而，关于DoG1基因在花生中的知识仍然有限。本研究首次在花生中鉴定出34个AhDoG1L基因，扩展了我们对这一基因家族在豆科作物中作用的理解。

对AhDoG1L基因的染色体分布分析揭示了它们在18条染色体上的存在，并且在某些染色体（如A05、B03、B05）的末端区域有基因富集。这种分布模式，加上串联重复事件，表明AhDoG1L基因家族可能通过局部基因复制事件扩展，特别是在基因组的高重组区域。系统发育分析将AhDoG1L蛋白分为三个不同的亚组，表明功能专业化。所有AhDoG1L蛋白中都存在保守的DoG1结构域，强调了其在蛋白质功能中的核心作用。一些成员中额外的bZIP结构域暗示了其可能参与转录调控以外的功能。

启动子分析揭示了多种顺式作用元件，响应光、激素（如脱落酸ABA、乙烯）和低温等环境信号。这表明AhDoG1L基因可能整合多种环境信号来微调种子休眠和萌发。基因本体（GO）富集分析进一步支持了它们在转录调控和休眠控制中的作用。蛋白质-蛋白质相互作用网络分析预测了与已知休眠相关蛋白的相互作用，表明AhDoG1L蛋白可能作为复杂调控网络的一部分发挥作用。

表达分析显示，在非休眠基因型TG37A的新鲜采收种子中，有11个AhDoG1L基因的表达显著高于萌发种子，表明它们在建立或维持种子休眠中起作用。此外，乙烯利处理在休眠基因型PBS 15014中特异性地诱导了AhDoG1-L34、AhDoG1-L30和AhDoG1-L22的表达，表明这些基因可能介导乙烯对花生种子休眠的破除作用。这些发现为理解AhDoG1L基因在花生种子休眠中的调控作用提供了新的见解，并突出了它们作为育种目标用于改善花生品种抗穗发芽性状的潜力。

Conclusion

本研究首次对花生中的AhDoG1L基因家族进行了挖掘和表达分析，包括其进化轨迹以及在种子休眠和萌发中的作用。利用DoG1隐马尔可夫模型（HMM），我们在花生基因组中鉴定出34个AhDoG1L基因，分布在18条染色体上，并根据进化关系分为三个不同的亚组。我们的分析揭示了AhDoG1L成员之间高度的基序相似性，表明其功能保守。