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为探究龙眼 COL 基因家族在开花调控中的作用，重庆文理学院等研究人员开展了龙眼 CONSTANS（CO）家族全基因组鉴定及功能分析研究。结果发现 10 个 DlCOL 基因，其中 DlCOL4 负调控开花。该研究为龙眼遗传育种提供理论依据。
龙眼，作为一种具有独特风味和丰富营养价值的亚热带水果，在市场上备受青睐。然而，其开花过程却极为 “挑剔”，对光照时长（光周期）反应敏感，极易受到春季霜冻、冬季高温高湿等环境因素的干扰，导致开花时间不稳定。这不仅影响了龙眼的产量，还对其果实品质造成了冲击，让果农们头疼不已。而在植物开花调控的复杂 “密码” 中，CONSTANS-like（COL）基因家族一直被认为是关键 “钥匙” 之一，它在众多植物的生长、发育以及应对环境变化的过程中，都扮演着至关重要的角色。但令人遗憾的是，在龙眼这个大家族里，COL 基因家族在开花调控方面的具体作用，却始终像一团迷雾，未被科研人员完全揭开。为了破解这一谜团，推动龙眼产业的健康发展，重庆文理学院、三亚研究院等研究机构的科研人员组成了研究团队，开展了一项针对龙眼 CONSTANS（CO）家族全基因组鉴定及功能分析的研究。他们的研究成果发表在了《BMC Plant Biology》杂志上，为我们深入了解龙眼开花机制带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中，运用了多种关键技术方法。首先是生物信息学分析，通过检索龙眼基因组数据库，利用隐藏马尔可夫模型（HMM）程序和相关 Pfam 种质，成功鉴定出 DlCOL 基因。接着，借助 RNA 测序（RNA-seq）技术，分析基因在不同器官和开花阶段的表达情况。此外，利用实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）对基因表达进行验证，并通过构建过表达载体和转化拟南芥，探究基因功能。
下面来看具体的研究结果：
- DlCOL 基因的鉴定与分析：通过生物信息学分析，研究人员从龙眼基因组中精准地鉴定出 10 个 DlCOL 基因。这些基因的蛋白质氨基酸数量在 346 - 513aa 之间，分子重量处于 37.55 - 56.43kD 范围，理论等电点（pI）为 5.34 - 8.54 。从稳定性上看，只有 DlCOL6 和 DlCOL9 的不稳定系数小于 40，属于稳定蛋白质。在亚细胞定位方面，DlCOL2、DlCOL5 和 DlCOL9 定位于叶绿体，DlCOL1 可能在细胞质中，其余成员则在细胞核中表达。同时，这 10 个基因分布在龙眼基因组的 6 条染色体上，部分基因存在共线性关系，基因复制事件主要集中在 Chr10 和 Chr15 染色体上。
- 系统发育分析：研究人员选取了来自龙眼、拟南芥、水稻和玉米的 57 个 COL 蛋白构建系统发育树。结果显示，这些 COL 蛋白被清晰地分为三个组。龙眼的 DlCOL 家族基因在三个组中均有分布，其中 4 个在组 I，4 个在组 II，2 个在组 III。进一步分析发现，拟南芥的 AtCOL 蛋白，除 AtCOL7 和 AtCOL8 外，与 DlCOL 蛋白聚类较近，序列相似性较高；而单子叶植物（水稻和玉米）的 COL 蛋白则紧密聚集，显示出共同的起源。
- 序列结构分析：利用 MEME 在线软件和 NCBI 的 CDD 工具对 DlCOL 基因进行分析，发现每个 DlCOL 亚家族都有着相同的基序结构，且 DlCOL 蛋白家族包含高度保守的 motif1 和 motif2，以及保守的 Bbox1、Bbox2 和 CCT 结构域。基因结构分析表明，DlCOL 基因整体相似，但 DlCOL4、DlCOL3、DlCOL6 和 DlCOL7 的内含子较长。
- 共线性分析：对龙眼与拟南芥、水稻、玉米进行共线性分析后发现，龙眼和拟南芥的 COL 基因同源性较高，共鉴定出 11 对直系同源基因；而与水稻和玉米的共线性基因对较少，这表明龙眼与单子叶植物在 COL 基因的结构和功能上存在差异，在进化过程中可能走向了不同方向。
- 顺式作用元件分析：研究人员预测了 DlCOL 基因家族启动子的顺式作用元件，发现其中光响应元件的出现频率最高，同时该基因还能被多种激素诱导，并且多数启动子区域含有干旱诱导、低温响应等多种胁迫响应元件，这充分说明 DlCOL 基因的表达与光和胁迫条件密切相关。
- 表达谱分析：通过对转录组数据的分析，研究人员发现 DlCOL 基因在不同器官中的表达水平差异显著，多数基因在叶片和花芽中表达。在不同开花阶段，‘SX’和‘SJ’两种龙眼的 COL 基因表达模式有所不同。其中，DlCOL4 基因在‘SJ’龙眼开花诱导早期（SJT1 - SJT2）表达上调 3 倍，而在‘SX’龙眼的三个开花诱导阶段均无表达，暗示其可能在开花诱导过程中发挥重要作用。
- DlCOL4 蛋白的亚细胞定位及功能验证：构建融合蛋白表达载体 35S::DlCOL4 - GFP 并导入拟南芥叶肉原生质体后发现，DlCOL4 蛋白定位于细胞核。过表达 DlCOL4 的拟南芥植株开花时间延迟，且 qRT-PCR 分析表明，AtTFL 和 AtCOL 基因的表达水平显著增加，这表明 DlCOL4 可能通过与 AtTFL 和 AtCOL 相互作用来抑制开花。
综合研究结果与讨论部分来看，此次研究成功鉴定出 10 个 DlCOL 基因，发现它们高度保守，且龙眼和拟南芥的 COL 基因相关性较高。多数 DlCOL 基因在叶片和花芽阶段表达，DlCOL4 在细胞核中转录活跃。DlCOL 基因启动子含有多种响应元件，进一步证实其在不同生理过程中的重要性。而 DlCOL4 抑制开花的功能发现，为解析龙眼开花机制提供了关键线索。这一研究成果不仅有助于我们更深入地理解龙眼开花调控的分子机制，还为龙眼的遗传育种提供了重要的理论基础，有望帮助果农解决龙眼开花不稳定的难题，提高龙眼的产量和品质，推动龙眼产业的可持续发展。
