揭秘小麦肉桂酰辅酶 A 还原酶（CCR）基因家族：解锁木质素合成与抗逆新密码

为探究小麦肉桂酰辅酶 A 还原酶（CCR）基因家族，河南农业大学等研究人员开展相关研究。他们鉴定出 115 个 CCR 基因，明确 20 个为真正 TaCCR 基因，其在组织发育和抗逆中起关键作用。该研究为小麦改良提供了遗传资源。

　　在植物的奇妙世界里，木质素就像一位默默守护的 “卫士”，它是地球上第二丰富的陆地生物聚合物，不仅为植物提供机械支撑，还帮助植物抵御各种生物和非生物的侵害。肉桂酰辅酶 A 还原酶（CCR）作为木质素生物合成途径中的关键 “开关”，掌控着碳流向木质素的流量，在植物的生长发育和应对外界压力的过程中扮演着至关重要的角色。

然而，对于全球重要的主食作物小麦（Triticum aestivum L.）来说，CCR 基因家族却充满了未知。虽然小麦养活了大量人口，但目前人们对小麦 CCR 基因的拷贝数变异、表达特征知之甚少，这就像在黑暗中摸索，阻碍了我们对小麦木质素合成机制的深入理解，也限制了利用基因技术改良小麦品种的步伐。

为了打破这一困境，来自河南农业大学、河南大学、广州大学、河北师范大学等科研机构的研究人员携手合作，开启了一场探索小麦 CCR 基因家族奥秘的科研之旅。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为我们揭开了小麦 CCR 基因家族的神秘面纱。

研究人员采用了多种先进的技术方法。首先，通过生物信息学分析，在小麦基因组数据库中全面搜索 CCR 基因，利用 BLASTP 和 HMM 等工具，成功鉴定出 115 个 CCR 基因。接着，运用系统发育分析、序列比对和蛋白质三维结构分析等手段，对这些基因进行深入研究。此外，他们还借助转录组数据分析 CCR 基因在不同组织和应激条件下的表达模式，并利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术验证相关基因的功能。

在研究结果方面：

• 基因鉴定与特征分析：研究人员鉴定出 115 个小麦 CCR 基因，这些基因编码的蛋白质在理化性质上差异较大，且在染色体上的分布并不均匀，部分染色体区域还存在基因簇。基因复制分析发现，许多 CCR 基因是通过片段复制和串联复制产生的，并且在进化过程中受到纯化选择，保持了原有功能。
• 分类与结构分析：根据系统发育分析，小麦 CCR 蛋白可分为四个亚家族。其中，A 类中的 20 个基因被认定为真正的 TaCCR 基因，它们含有对 CCR 蛋白催化至关重要的 H-X-X-K 和 NWYCY 基序。三维结构分析显示，真正的 TaCCR 蛋白与拟南芥和高粱的 CCR1 结构相似，都具有特定的结构域用于结合 NADPH 和底物。
• 表达模式分析：通过对公共转录组数据和 qRT-PCR 实验结果的分析，发现不同的 TaCCR 基因在小麦的各个组织和发育阶段呈现出特异性表达。比如，部分基因在根中高表达，部分在茎中发挥重要作用，参与调控茎的发育和木质素合成。而且，TaCCR 基因对多种生物和非生物胁迫都有响应，在干旱、高温、盐胁迫以及病原菌感染时，它们的表达水平会发生显著变化。
• miRNA 调控分析：预测和实验验证表明，一些 miRNA 能够靶向 CCR 基因，其中 TaCCR6D₁可被多个 miRNA 调控，这揭示了 miRNA 在小麦木质素合成调控中的重要作用。
• 基因功能验证：VIGS 实验证实，TaCCR5₅和 TaCCR6₁参与了小麦木质素的合成，抑制它们的表达会导致小麦叶片中木质素含量显著降低。

综合研究结论和讨论部分，这项研究首次对小麦 CCR 基因家族进行了全面的鉴定和分析，明确了不同 CCR 基因的特征、功能以及它们在木质素合成和应激反应中的作用机制。这不仅为深入理解小麦木质素合成途径提供了理论依据，还为未来通过基因工程改良小麦品种，提高小麦对逆境的抗性、优化小麦秸秆利用效率等方面提供了重要的遗传资源和理论支持，在小麦遗传育种和农业生产领域具有广阔的应用前景。