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为探究棉花应对盐胁迫机制，研究人员分析 FAH 基因家族，发现其在盐胁迫响应中起关键作用。
在植物的生长过程中，盐胁迫就像是一场可怕的 “灾难”，严重影响着植物的健康。脂肪酸（FA）作为植物体内能量存储的 “小仓库” 和细胞膜的 “建筑材料”，其代谢过程对于植物应对盐胁迫至关重要。而脂肪酸羟化酶（FAH）作为调节脂肪酸代谢的关键 “小能手”，一直以来备受关注。然而，在棉花这个重要的经济作物中，FAH 基因家族在盐胁迫下的调控机制却如同隐藏在迷雾之中，尚未被清晰揭示。为了揭开这层神秘的面纱，南通大学等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《BMC Genomics》上。
研究人员主要运用了生物信息学分析、实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）、病毒诱导的基因沉默（VIGS）等技术。通过生物信息学分析从棉花基因组中筛选 FAH 基因家族成员；利用 RT-qPCR 检测盐胁迫下基因表达变化；借助 VIGS 技术沉默特定基因，验证其功能。
研究结果如下：
- FAH 基因家族成员鉴定：研究人员从四个棉花物种（陆地棉、达尔文棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉）中总共鉴定出 129 个 FAH 基因家族成员。分析其理化性质发现，编码的氨基酸数量在 147 - 857 之间，平均为 410 个；蛋白质分子量在 17410.1Da - 97252.8Da 之间，平均为 7432Da；理论等电点在 6.96 - 9.66 之间，呈弱碱性。预测亚细胞定位发现，所有成员都在植物细胞质膜上高度表达，暗示其在质膜上发挥重要作用。
- 系统发育和进化选择分析：构建系统发育树，根据遗传距离将 129 个成员分为五个亚组。最大的亚组是 Group 1，有 49 个成员；最小的是 Group 2，仅有 6 个成员。通过计算非同义替换（Ka）、同义替换（Ks）值及 Ka/Ks 比值发现，在所有 FAH 基因对的进化过程中，同义碱基替换发生率远高于非同义碱基替换，Ka/Ks 比值远小于 1，表明这些基因在进化过程中经历了纯化选择。
- 基因结构和保守基序分析：FAH 基因区域内含子分布丰富，每个基因至少含有一个内含子，亚组 1 中的基因内含子更多，最多达 11 个。利用 MEME 软件鉴定出 10 个保守基序，不同物种的 FAH 基因所含基序有所差异，但同一亚组内的基因基序数量和排列相似。
- 染色体定位和共线性分析：绘制 FAH 基因在染色体上的位置分布图谱发现，陆地棉和达尔文棉的 FAH 基因在染色体上的分布相似，部分基因在 A03 和 D02 染色体上存在同源基因，可能是染色体片段复制导致。共线性分析表明，不同棉花品种的 FAH 基因在染色体间存在共线性关系，尤其是在同源染色体之间。
- 顺式作用元件分析：对 FAH 基因上游 1500bp 的启动子序列分析，发现其中包含多种顺式作用元件，如参与生物和非生物胁迫响应的 TATA 盒、CAAT 盒，以及与非生物胁迫和信号转导相关的 MYB、ABRE、CAT - box、HD - zip1 等元件，说明 FAH 基因可能参与多种生理过程的调控。
- 盐胁迫下的表达分析：通过已发表的陆地棉转录组数据和 RT-qPCR 验证发现，盐处理后陆地棉的 FAH 基因表达受到显著影响，部分基因表达上调，部分基因表达下调，表明 FAH 基因能在盐胁迫后 24h 内通过转录快速调节表达，以应对盐胁迫。
- VIGS 实验验证基因功能：构建沉默 Gohir.A03G045300 的 VIGS 载体，在陆地棉‘湘 FZ031’中进行实验。结果显示，沉默该基因的植株对盐胁迫更敏感，生长明显受影响，说明 Gohir.A03G045300 可能参与棉花对盐胁迫的响应。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次系统地对棉花 FAH 基因家族进行生物信息学分析，明确了其成员数量、进化关系和结构特征等。研究发现多倍体棉花在进化过程中，FAH 基因家族没有明显的基因丢失，染色体串联重复和片段复制在其基因家族扩张中发挥重要作用。此外，FAH 基因的功能可能与质膜上的物质运输和信号转导有关，其启动子区域的多种顺式作用元件可能是盐胁迫下基因快速响应的重要原因。该研究为深入探索 FAH 基因家族在棉花盐胁迫响应中的调控机制奠定了基础，有助于挖掘棉花高产、耐盐的种质资源，对棉花的遗传改良和农业生产具有重要意义。
