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为探究梨树病程相关蛋白（PRs）的相关特性，南京农业大学三亚研究院等研究人员开展了对梨（Pyrus bretschneideri）PRs 的鉴定、进化及功能分析研究。结果发现 637 个 PRs 分属 16 个家族，近期全基因组复制事件影响其家族扩张。该研究为提升梨树抗病能力提供依据。
在植物的生长历程中，病害始终是严重威胁其健康的一大难题。病程相关蛋白（Pathogenesis-related proteins，PRs）作为植物抵御生物和非生物胁迫的关键 “防线”，一直备受科研人员关注。然而，在梨树的研究领域，PRs 却像是蒙着一层神秘面纱的未知领域，相关知识极为有限。比如，梨树中 PRs 的具体成员有哪些，它们如何进化，在应对病害时又发挥着怎样的作用，这些问题都亟待解答。为了揭开梨树 PRs 的神秘面纱，南京农业大学三亚研究院、江苏省农业科学院植物保护研究所等单位的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Horticulture Advances》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过从 UniProt 数据库检索已知 PRs 序列，利用 InterPro Scan 工具进行结构域分析，并借助 HMM 搜索和 BLASTP 等技术，对梨树基因组中的 PRs 进行鉴定。其次，运用 MUSCLE 进行序列比对，构建系统发育树，以探究 PRs 的进化关系。此外，通过获取 RNA - seq 数据，分析 PRs 在病原菌侵染后的表达模式变化。
研究结果如下：
- PRs 的鉴定：研究人员从梨树基因组中成功鉴定出 637 个 PRs，它们分属于 16 个家族。其中，PR - 9 家族成员最多，有 100 个；PR - 4 家族成员最少，仅有 1 个。值得注意的是，PR - 13、PR - 15 和 PR - 19 在梨树基因组中未被发现。
- PRs 的进化分析：通过系统发育分析发现，一些具有共同结构域的 PRs，如 PR - 8 和 PR - 11、PR - 15 和 PR - 16，可通过多序列比对、系统发育分析和基因结构分析进行区分。基因共线性分析表明，PRs 在梨树 17 条染色体和重叠群上随机分布，不同 PR 家族的扩张受到不同基因复制模式的影响，全基因组复制（Whole Genome Duplication，WGD）是大多数 PR 家族扩张的主要驱动力。Ks 值分析显示，近期 WGD 事件（约 30 - 45 百万年前）对 PR 家族的扩张影响较大，而古代 WGD 事件（约 140 百万年前）影响较小。此外，大多数 PR 基因对的 Ka / Ks 比值小于 1，表明它们在进化过程中受到纯化选择，以维持基因家族的稳定性和完整性。
- PRs 的定位分析：研究发现，除 PR - 6 和 PR - 10 家族外，大多数 PRs 含有 N 端信号肽（Signal Peptide，SP），这使得它们能够被分泌到质外体中。对梨树叶质外体流体的分析表明，除 PR - 6 外，其他 PR 家族的代表蛋白均在质外体中被检测到，不过 PR - 10 家族通常被认为在细胞内发挥作用，却有两个成员在质外体中出现，其原因尚不清楚。
- PRs 的表达分析：转录组数据分析显示，在梨树感染炭疽菌（Colletotrichum fructicola）和梨火疫病菌（Erwinia amylovora）后，PR 基因的表达发生变化。在感染早期（12 小时），感染梨火疫病菌的叶片中差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）数量较多；在感染后期（48 小时），感染炭疽菌的叶片中 DEGs 数量较多。在所有时间点，上调的 DEGs 数量均超过下调的 DEGs 数量，但 PR 基因表达变化相较于整体基因表达变化不太明显。不同 PR 家族的表达模式差异较大，部分家族如 PR - 10 有大量基因显著上调，而 PR - 7、PR - 12 和 PR - 14 等家族在所有时间点均无上调成员，甚至有些家族中下调基因数量多于上调基因数量。通过 qRT - PCR 验证了 8 个候选 PR 基因的表达，其中 Pbr039286.1（PR - 5）和 Pbr042058.1（PR - 18）表达量最高。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功鉴定了梨树中的 PRs，揭示了近期 WGD 对 PR 家族扩张的重要作用，以及纯化选择在 PR 基因进化中的主导地位。同时发现只有一小部分 PR 家族成员参与梨树的抗病过程，且部分 PR 基因在病原菌感染后下调表达，这表明 PR 家族功能具有多样性，梨树与病原菌相互作用的调控网络十分复杂。该研究为深入理解梨树与病原菌的相互作用机制奠定了基础，有助于进一步探究 PRs 在梨树发育和免疫中的作用，为梨树抗病育种提供了重要的理论依据和潜在的分子标记。
