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在植物生长、发育及应对胁迫过程中，丝裂原活化蛋白激酶（MPK）级联途径至关重要，但橡胶树中该途径相关基因的系统分析尚未开展。研究人员对橡胶树 MPK 级联基因家族进行全基因组鉴定等研究，明确了基因特征及潜在信号模块，为后续研究奠基。
在植物的奇妙世界里，存在着一套精密的 “信号传递系统”，其中丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated Protein Kinase，MPK）级联途径起着举足轻重的作用。它就像植物细胞的 “传令官”，能将外界的各种刺激信号传递到细胞内部，从而调控植物的生长、发育以及对各种逆境的响应。比如，在拟南芥中，MPK 级联途径参与调控气孔的形成和种子的萌发；在水稻里，它影响着种子的大小和植株的形态 。
橡胶树（Hevea brasiliensis）作为天然橡胶（Natural Rubber，NR）的主要来源，为全球提供了超过 98% 的天然橡胶。天然橡胶因其卓越的弹性、抗冲击性和耐磨性，在工业和医疗等众多领域都有着不可替代的作用。然而，橡胶树的生长并非一帆风顺。在中国，橡胶种植区位于热带北缘，常常面临低温、干旱等不利环境因素。而且，频繁割胶会导致割面干涸（Tapping Panel Dryness，TPD），严重影响天然橡胶的产量。虽然已知 MPK 级联信号通路在植物应对这些问题中起着关键作用，但在橡胶树中，其具体功能却一直未被完全阐明。此前，虽有研究鉴定了橡胶树中的 MPK 基因家族，但对 MPK 激酶（MPKK）和 MPK 激酶激酶（MPKKK）基因家族尚未进行全面的基因组分析。因此，深入探究橡胶树的 MPK 级联信号通路，对于解决橡胶树生长和产量面临的问题至关重要。
为了揭开橡胶树 MPK 级联信号通路的神秘面纱，广西民族大学和中国热带农业科学院的研究人员展开了深入研究。他们通过一系列实验，全面鉴定了橡胶树的 MPK 级联基因家族，分析了这些基因的特征、表达模式以及相互作用关系，旨在找到与橡胶树生长发育和逆境响应相关的关键基因和信号模块，为橡胶树的遗传改良和产量提升提供理论依据 。
研究人员用到的主要关键技术方法有：一是全基因组搜索，从橡胶树基因组中鉴定出相关基因；二是系统发育分析，构建系统发育树来研究基因的进化关系；三是基因表达分析，利用公共 RNA-Seq 数据研究基因在不同组织和处理下的表达情况；四是酵母双杂交（Yeast Two-Hybrid，Y2H）技术，检测蛋白之间的相互作用 。
下面来看具体的研究结果：
- 橡胶树 MPK 级联基因的鉴定与分析：通过 BLASTP 筛选结合结构域验证，研究人员在橡胶树基因组中鉴定出 20 个 HbMPKs、13 个 HbMPKKs 和 167 个 HbMPKKKs 基因。染色体定位分析显示，这些基因在染色体上呈不均匀分布。对基因编码蛋白的理化性质分析发现，不同基因编码的蛋白在长度、分子量和等电点等方面存在差异。系统发育分析表明，HbMPKs 和 HbMPKKs 可分为四个亚组，与拟南芥的分类相似；HbMPKKKs 则分为 MEKK、Raf 和 ZIK 三个亚组 。
- 保守基序和基因结构分析：利用 MEME 工具，研究人员在橡胶树 MPK 级联蛋白中鉴定出 12 个保守基序。不同基因家族成员的基序分布存在差异，但同一亚组内具有相似的基序组成。基因结构分析发现，HbMPKs 的内含子和外显子数量有差异，部分基因缺乏 3'-UTR；HbMPKKs 不同亚组的内含子数量变化较大；HbMPKKKs 中不同亚组的外显子和内含子数量也有明显差异 。
- 共线性关系分析：基因复制事件和共线性分析表明，WGD / 片段复制是橡胶树 HbMPK 基因家族扩张的主要驱动力。在橡胶树内部及与拟南芥的共线性分析中，分别鉴定出一定数量的旁系同源基因对和直系同源基因对 。
- 顺式作用元件鉴定：在 HbMPK 级联基因启动子区域鉴定出多种顺式作用元件，包括光响应、激素响应、胁迫响应和发育响应元件等。这些元件暗示着基因表达可能受光、激素、胁迫和发育等多种因素调控 。
- 基因表达谱分析：通过分析不同组织的转录组数据，发现 MPK 级联基因在橡胶树各组织中存在差异表达。部分基因在乳胶中高表达，可能与天然橡胶生产相关；在割胶和未割胶乳胶、健康树和 TPD 树，以及激素和低温处理下，也有许多基因呈现差异表达，表明这些基因参与了橡胶树对割胶、逆境和激素处理的响应 。
- MPK 级联家族成员间的相互作用：研究人员选取部分具有显著表达模式的基因进行 Y2H 实验，鉴定出多个 MPK 级联信号转导模块。整合相互作用网络和基因表达模式，发现一些模块在特定组织中高表达，且在不同处理下有明显的表达变化，暗示它们在橡胶树生长发育和逆境响应中发挥重要作用 。
研究结论和讨论部分指出，该研究全面揭示了橡胶树 MPK 级联基因家族的多维特征，鉴定出潜在的 MPK 级联相互作用模块。这些发现为深入研究橡胶树 MPK 级联信号通路的功能提供了重要线索，为后续的功能验证研究和橡胶树的遗传改良提供了关键的候选基因和信号通路模块。不过，研究中通过 Y2H 实验确定的潜在相互作用模块可能存在假阳性，未来需要采用更多方法进一步验证，同时橡胶树 MPK 级联调节天然橡胶合成和逆境适应的潜在机制也有待进一步探索。总体而言，这项研究为橡胶树的生物学研究和产业发展奠定了坚实基础，有望推动橡胶产业朝着更高效、可持续的方向发展 。
