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为解决亚麻（Linum usitatissimum L.）中肉桂酰辅酶 A 还原酶（CCR）相关信息匮乏的问题，研究人员开展了亚麻 CCR 基因家族全基因组分析。研究共鉴定出 22 个 CCR 基因，明确了其结构、进化关系和表达模式，为研究 LuCCR 基因功能及培育低木质素亚麻品种奠定了理论基础。
亚麻，这种古老的作物，不仅能产出营养丰富的亚麻籽油，其纤维更是在纺织等众多领域大显身手。然而，亚麻纤维中的木质素却像是隐藏在其中的 “小麻烦”。它不仅增加了亚麻脱胶的难度，导致加工过程中产生更多污染，还会影响纤维品质，让纺织品的质感大打折扣。因此，降低亚麻木质素含量，培育优质亚麻品种，成为了科研人员亟待攻克的难题。
黑龙江省农业科学院的研究人员勇挑重担，针对这一问题展开了深入研究。他们聚焦亚麻中的肉桂酰辅酶 A 还原酶（CCR）基因家族，该酶在木质素生物合成（LB）的单木质醇合成分支中起着关键作用，催化肉桂酰辅酶 A 转化为肉桂醛，对亚麻生长意义重大。研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上。
研究人员在此次研究中，运用了多种关键技术方法。首先，通过从 NCBI 数据库和 figshare 数据库获取数据，建立本地数据库，利用 BLAST 搜索、CDD 在线工具等进行基因鉴定。然后，借助 DNAMAN 软件和 MEGA7 软件进行多序列比对（MSA）和系统发育分析。还利用 TBtools 软件分析基因结构、预测顺式作用元件（CISAEs）以及进行基因共线性分析。同时，通过 RNA 测序（RNA-seq）和定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）分析基因表达模式。
研究结果如下：
- 基因鉴定与定位：研究人员在亚麻基因组中成功鉴定出 22 个 CCR 基因，命名为 LuCCR1-LuCCR22。这些基因分布在 9 条染色体上，部分基因位于未组装的染色体支架上。它们编码的蛋白质氨基酸长度、分子量、等电点各不相同，且多数定位于叶绿体或细胞质中。
- 序列与进化分析：LuCCR 蛋白与其他植物功能 CCR 蛋白的同源性在 35%-84% 之间，其中 LuCCR7/13/15/20 同源性较高。系统发育分析将 CCR 分为两个进化枝，LuCCR7/13/15/20 与双子叶植物中参与木质素生物合成的功能 CCR 聚类在一起。
- 基因结构与保守基序分析：根据外显子数量，22 个 LuCCR 基因可分为 4 组，结构存在差异。MEME 分析发现 10 个保守基序，多数蛋白含有基序 1-9，CCR 特征基序存在于所有 LuCCR 中。
- 顺式作用元件分析：除 LuCCR1 外，其余 21 个 CCR 基因启动子区域含有 7-30 个顺式作用元件，包括响应激素、胁迫、光等的元件，暗示其在亚麻生长、发育和胁迫响应中的潜在作用。
- 基因共线性分析：共鉴定出 9 对片段重复基因对，表明片段重复在 LuCCR 基因家族扩张中起重要作用。与拟南芥和水稻的共线性分析显示，亚麻与双子叶植物的进化关系更近。
- 基因表达模式分析：RNA-seq 分析表明，近一半 LuCCR 基因在不同组织和发育阶段表达水平低或不表达，而 LuCCR9/10/13/14/18/20/22 表达水平较高。其中，LuCCR13/20 在木质化组织中高表达，且随茎成熟表达量增加，暗示其在木质素合成中的关键作用。
- 激素和非生物胁迫响应分析：多种激素和非生物胁迫处理后，部分 LuCCR 基因表达上调。如 GA3处理后，LuCCR2/6/8/9/10/13/16/17/20/21 表达上调；NaCl、NaOH 和干旱处理后，LuCCR2/5/10/18 等基因表达上调，表明它们可能在植物非生物胁迫耐受中发挥重要作用。
- qRT-PCR 验证：对 LuCCR14/18/20 等基因进行 qRT-PCR 分析，结果与 RNA-seq 分析一致，证实了转录组结果的可靠性。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次在基因组水平上系统分析了亚麻 CCR 基因家族。LuCCR13/20 可能是参与亚麻发育木质化过程的功能 CCR，未来可对其进行基因编辑以优化亚麻木质素含量。LuCCR2/5/10/18 在非生物胁迫下表达上调，可能参与亚麻防御相关的木质化过程。这一研究为进一步探究亚麻木质素生物合成及其调控机制提供了理论依据，也为解析该重要作物木质素合成和胁迫响应途径的遗传机制提供了深刻的理论基础，对培育低木质素、高抗逆性的亚麻新品种具有重要指导意义。
