大麦几丁质酶基因家族全基因组鉴定：揭示其在胁迫响应机制与进化动态中的关键作用

为解决大麦(Hordeum vulgare)在生物与非生物胁迫下的防御机制不明问题，研究人员通过全基因组分析鉴定出24个HvCHT基因，揭示其通过保守结构域、顺式调控元件及差异表达模式参与盐、干旱和病原体胁迫响应。该研究为作物抗逆育种提供关键靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

研究背景与意义
几丁质酶（Chitinase, CHT）作为病程相关蛋白（PR蛋白）的核心成员，在植物防御系统中扮演着双重角色：既能直接降解真菌细胞壁的主要成分几丁质（chitin），又能通过释放病原体相关分子模式（PAMPs）激活免疫信号通路。尽管几丁质酶在苹果、水稻等作物中的功能已被广泛研究，但作为全球第四大谷物的栽培大麦，其HvCHT基因家族在应对盐害、干旱及镰刀菌（Fusarium）侵染等胁迫时的分子机制仍不明确。随着气候变化加剧，大麦产量面临严峻挑战，解析HvCHT基因家族的进化特征与功能分化，对培育抗逆新品种具有重要战略意义。

研究方法概述
华南农业大学的研究团队整合生物信息学与实验验证策略：1）从Phytozome和Ensembl数据库筛选大麦HvCHT基因，分析理化性质与系统发育关系；2）通过染色体定位、基因结构及顺式元件解析调控机制；3）基于NCBI GEO数据集（GSE230751等）分析盐、铝胁迫及镰刀菌感染下的转录组动态；4）利用qRT-PCR验证HvCHT1/4/17等关键基因的表达模式；5）通过亚细胞定位（35S-GFP载体）明确蛋白分布。

研究结果
1. 基因组鉴定与进化分析
鉴定出24个HvCHT基因，肽链长度差异显著（HvCHT15最长，含680个氨基酸）。系统发育分析将其分为3个分支，与高粱（Sorghum bicolor）、水稻（Oryza sativa）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）同源基因呈现保守共线性。Ka/Ks分析显示HvCHT1_HvCHT7基因对经历正选择（Ka/Ks=3.38），暗示功能分化。

2. 调控元件与蛋白特性
启动子区富含ABA（ABRE）、茉莉酸甲酯（MeJA, CGTCA-motif）和脱水响应元件（DRE）。HvCHT20在蛋白互作网络中处于枢纽地位，而hvu-miR6186等6种miRNA可能调控HvCHT17的转录后沉默。

3. 胁迫响应表达模式
盐胁迫下，HvCHT4在根中持续上调（6h达峰值），HvCHT17在叶中早期响应。镰刀菌接种后，HvCHT5/9在干旱协同下显著激活。铝胁迫（110μM AlCl₃）诱导HvCHT7/8特异性高表达。qRT-PCR证实ABA处理6h可触发HvCHT4/17快速响应。

4. 亚细胞定位验证
HvCHT1/4定位于细胞外空间与内质网（ER），与其预测的分泌信号肽功能一致。

结论与展望
该研究首次系统揭示大麦HvCHT基因家族通过保守的GH18/GH19结构域、胁迫响应元件及组织特异性表达参与多重抗逆机制。HvCHT4/17作为核心调控节点，有望成为分子育种靶标。未来需通过基因编辑（如CRISPR）进一步验证其功能，为设计广谱抗病耐逆作物提供理论支撑。