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为探究淫羊藿（Epimedium pubescens）天冬氨酸蛋白酶（APs）基因在光胁迫响应中的作用，研究人员开展其全基因组鉴定及表达模式研究。结果发现 103 个 EpAPs，它们参与多种生理过程。该研究为提升植物光胁迫抗性提供理论依据。
在植物的生长历程中，光如同神奇的指挥棒，深刻影响着它们的生命活动。适度的光照是植物进行光合作用、茁壮成长的关键，但过强或过弱的光照却会成为植物生存的挑战，也就是所谓的光胁迫。天冬氨酸蛋白酶（Aspartic proteases，APs）作为一类广泛存在于各种生物体内的蛋白水解酶，在植物的生长、发育以及应对各类胁迫的过程中扮演着重要角色。然而，在非模式植物领域，APs 的功能研究还存在诸多空白。
淫羊藿，这种富含具有药理活性的黄酮类化合物、在传统中医中占据重要地位的药用植物，引起了研究人员的关注。它虽偏好阴凉环境，却对强光展现出独特的耐受性，并且在适宜光照下其黄酮类化合物含量会显著提升。基于此，来自乐山师范学院的研究人员推测，淫羊藿中的 AP 基因（EpAPs）或许在其应对光胁迫的过程中发挥着关键作用。于是，他们展开了深入研究，试图揭开 EpAPs 的神秘面纱。该研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在基因鉴定方面，综合运用 HMMER v3.4 和 BLASTP 搜索技术，结合 NCBI CD - Search、SMART 和 InterProScan 工具进行验证，精准识别出 EpAPs。通过 MUSCLE v5.0 和 IQ - tree 软件，构建系统发育树，分析基因进化关系。利用 PlantCARE 数据库，对启动子区域的顺式作用元件进行预测。借助 RNA - seq 技术获取基因表达数据，运用实时定量 PCR（qPCR）对特定基因表达进行验证 。
下面来看看具体的研究结果：
- EpAPs 的全基因组鉴定与特征分析：研究人员通过全面的搜索和严格的验证流程，从淫羊藿基因组中成功鉴定出 103 个 EpAPs，并根据染色体支架位置进行了系统命名。这些 EpAPs 在氨基酸长度、分子量、等电点、不稳定指数以及亲疏水性等方面展现出丰富的多样性。同时，亚细胞定位预测表明，它们主要定位于叶绿体、细胞外空间和液泡等不同部位12。
- 系统发育分析：通过对 173 个 AP 蛋白（包括 70 个拟南芥的 AP 蛋白和 103 个淫羊藿的 EpAP 蛋白）的系统发育分析，研究发现这些蛋白聚类为四个不同的组（Groups I–IV）。其中，Group III 成员数量最多，可能暗示着该组在基因扩张或功能多样化方面具有重要意义3。
- 基因结构、保守结构域和基序分析：不同组的 EpAPs 在基因结构和基序组成上差异显著。例如，Motif 1 编码 AP 活性位点 DTGS，对酶活性至关重要，在 93 个 EpAPs 中都能找到它的身影；Motif 3 和 Motif 2 也高度保守，分别存在于 101 个 EpAPs 中，可能对蛋白质稳定性和酶的完整性起到关键作用。此外，大部分 EpAPs 含有天冬氨酸蛋白酶结构域（AP domain，PLN03146），部分还具有独特的结构域，如 Saposin - like domain 等45。
- 染色体定位、基因组重复和 Ka/Ks 比值分析：EpAPs 在淫羊藿的六条染色体上呈不均匀分布，其中 Chr4 上的基因数量最多，Chr5 上最少。研究还发现，串联重复是 EpAP 基因家族扩张的主要驱动力，并且多数基因对在进化过程中经历了纯化选择。通过与拟南芥和黄连的共线性分析进一步表明，AP 基因在核心真双子叶植物中具有高度的功能保守性67。
- 顺式作用元件的鉴定：对 EpAPs 启动子区域的分析显示，所有基因都含有光响应元件，同时还存在许多与厌氧、低温、防御和激素调控相关的元件。这强烈暗示着 EpAP 基因可能广泛参与植物对环境胁迫的响应以及激素信号通路的调节8。
- EpAP 基因的表达模式：转录组数据分析表明，EpAPs 在不同组织和果实脱落区形成的不同阶段呈现出特异性表达模式。例如，部分 EpAPs 在花、果实、叶或根中高表达，暗示它们在这些组织的发育或功能维持中发挥重要作用；而在脱落区形成过程中，不同阶段也有特定的 EpAPs 高表达，参与脱落区的早期发育、分离过程以及脱落后期的细胞重组和恢复等过程9。
- 光胁迫后不同时期 EpAPs 的表达分析：鉴于 EpAPs 启动子区域富含光响应顺式作用元件，研究人员对 12 个选定的 EpAPs 在光胁迫下的表达模式进行了 qPCR 分析。结果显示，不同基因对光胁迫的响应各异。EpAP42 的表达在整个处理过程中保持稳定，表明它可能不参与光胁迫响应；EpAP9 在光胁迫早期（L3 和 L6）表达短暂上调，随后恢复到初始水平；大多数测试基因在 L3 时表达显著下降，在 L9 时有所回升，但只有 EpAP11 和 EpAP19 的表达水平超过了胁迫前（L0），这表明它们可能在持续的光胁迫适应或恢复过程中发挥重要作用1011。
- 蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPIs）预测：通过预测 PPIs，研究人员发现 EpAP 蛋白可能参与多种关键生物学过程。例如，EpAP64 和 EpAP102 与 Egg cell - secreted protein 1.5（EC1.5）相互作用，暗示它们在生殖过程中具有潜在功能；部分 EpAPs 与 E3 泛素 - 蛋白连接酶 RDUF1 和 RDUF2 相互作用，表明其在蛋白质降解途径以及胁迫响应中发挥作用；还有一些 EpAPs 与植物细胞程序性死亡（PCD）的关键调节因子 cathepsin B - like protease 3（CATHB3）相互作用，揭示了它们在 PCD 调控中的重要性12。
综合研究结果和讨论部分，这项研究首次对淫羊藿中的 AP 基因家族进行了全面的基因组分析，清晰地揭示了其结构多样性、进化保守性以及潜在的功能作用。EpAPs 在不同组织和发育阶段的特异性表达，以及在光胁迫下的动态变化，充分表明它们在植物生长发育和应对环境胁迫过程中发挥着至关重要的作用。特别是其启动子区域富含光响应元件，为深入理解淫羊藿适应光环境的分子机制提供了关键线索。这一研究成果不仅为后续进一步探究 EpAPs 的精确功能奠定了坚实基础，还有望为提高作物的抗逆性和生殖效率提供新的思路和理论依据，在农业和植物学领域具有重要的应用价值。
