杏仁与野生矮扁桃AP2/ERF基因家族的全基因组鉴定及冷冻胁迫响应机制研究

为解决蔷薇科植物抗寒分子机制不明的问题，新疆农业大学园艺学院团队通过比较基因组学分析了'万丰'杏仁(Prunus dulcis)与'裕民'野生矮扁桃(Prunus tenella)中AP2/ERF转录因子家族的特征，鉴定出114/116个成员，发现其通过启动子顺式元件和组织特异性表达调控休眠期抗冻性，为杏仁抗寒育种提供新靶点。研究揭示DREB亚家族在-25℃显著激活，且韧皮部表达更强，发表于《BMC Genomics》。

　　

在植物应对环境胁迫的复杂调控网络中，AP2/ERF（APETALA2/乙烯响应因子）转录因子家族扮演着关键角色。作为植物最大的转录因子家族之一，它们如同交响乐团的指挥，协调着生长、发育和逆境响应的基因表达。然而，在蔷薇科重要经济作物杏仁中，这个"分子指挥家"家族的特性却鲜为人知。更令人担忧的是，中国新疆杏仁产区常遭遇-25℃极端低温，导致大面积冻害，而近缘种野生矮扁桃却能耐受-20℃环境，这种抗寒性差异背后的分子机制一直是个未解之谜。

新疆农业大学园艺学院的张冬冬、曾斌等研究人员在《BMC Genomics》发表的研究，首次对'万丰'杏仁和'裕民'野生矮扁桃的AP2/ERF家族进行了全基因组尺度的比较分析。研究团队通过Hidden Markov Model（HMM）筛选和BLAST比对，从两个物种中分别鉴定出114和116个AP2/ERF基因，系统揭示了该家族在染色体分布、基因复制、蛋白互作网络等方面的进化特征。尤为重要的是，他们通过转录组和qRT-PCR技术，捕捉到这些"分子开关"在休眠枝条应对-30℃梯度低温时的动态响应模式，发现韧皮部可能是抗冻信号传导的关键组织。

研究采用多组学整合分析策略：首先基于PF00847结构域和拟南芥同源序列进行基因鉴定；通过MEME和CDD数据库分析保守基序与结构域；利用MCScanX检测基因复制事件；运用PlantCARE注释启动子顺式元件；结合RNA-seq和qRT-PCR（以Actin为内参）解析表达模式；最后通过STRING数据库预测蛋白互作网络。实验材料取自新疆莎车县9年生'万丰'杏仁休眠一年生枝，设置-5至-30℃六梯度处理。

基因家族特征分析显示，PdAP2/ERF和PtAP2/ERF成员均被分为AP2、DREB、ERF、RAV和Soloist五个亚家族，其中DREB和ERF占比最大（35.88%/33.62%和42.98%/44.83%）。Motif分析发现所有成员均含有标志性的AP2结构域（Motif 1/3/8），而AP2亚家族独特地拥有两个AP2结构域。染色体定位揭示基因不均匀分布在8条染色体上，'万丰'杏仁中检测到30对片段复制和15对串联重复基因，野生矮扁桃中则为27对和18对。Ka/Ks分析表明这些基因主要经历纯化选择。

顺式元件分析发现启动子区富含ABRE（脱落酸响应元件）、MBS（MYB结合位点）等与胁迫响应相关的元件。蛋白互作预测显示PdAP2/ERF92和PtAP2/ERF39可能是调控枢纽。特别引人注目的是，基于拟南芥CBF结合模体，研究人员预测出2980个潜在靶基因，其中包括6个ERF型基因，暗示AP2/ERF成员可能通过级联调控参与抗冻响应。

表达谱分析显示63个PdAP2/ERF基因在低温胁迫下显著激活，其中27个在-25℃时表达量激增。qRT-PCR验证发现PdAP2/ERF86和PdAP2/ERF104在韧皮部的表达量比对照高10倍以上，而木质部中仅PdAP2/ERF5和PdAP2/ERF104持续上调，表明不同组织采用差异化的抗冻策略。

这项研究首次绘制了杏仁AP2/ERF家族的完整图谱，揭示其通过基因复制扩张和顺式元件多样化来增强环境适应性。发现DREB亚家族成员在极端低温下的特异性激活，特别是韧皮部中ERF基因的剧烈响应，为解释木本植物休眠期抗冻机制提供了新视角。研究不仅为新疆杏仁抗寒育种提供了候选靶基因（如PdAP2/ERF86/104），建立的比较基因组学方法也为其他蔷薇科作物的抗逆研究提供了范式。未来通过转基因验证这些"分子开关"的功能，或将培育出既能耐受新疆极端低温又保持高产特性的杏仁新品种。