甘蓝（Brassica oleracea var. capitata）中植物特异性 Dof 转录因子基因家族的全基因组序列分析及特征研究

Dof 转录因子（TFs）在植物生长发育等中起关键作用，然甘蓝中相关研究较少。研究人员对甘蓝基因组中 Dof 基因开展分析，鉴定出 59 个基因，分 9 亚家族，揭示其染色体分布等特征，为甘蓝功能研究等提供资源。

　　

在植物的生命旅程中，转录因子如同精密的调控开关，掌控着生长发育、逆境响应等关键进程。Dof（DNA binding with one finger）转录因子作为植物特有的一类调控因子，凭借其保守的 C2C2 型锌指结构域，在氮代谢、种子萌发、胁迫适应等诸多生理过程中扮演着核心角色。然而，尽管 Dof 家族在拟南芥等模式植物中已被广泛研究，但在重要蔬菜作物甘蓝（Brassica oleracea var. capitata）中，其成员组成、功能网络及调控机制仍笼罩在一层神秘的面纱之下。甘蓝作为十字花科的重要成员，不仅是全球广泛种植的蔬菜，其基因组还与油菜等作物的进化密切相关，深入解析其 Dof 基因家族的特征，对于揭示甘蓝的生长规律、改良品种性状具有重要的科学意义和应用价值。

为了揭开甘蓝 Dof 转录因子家族的奥秘，研究人员开展了一项系统性的研究。通过生物信息学手段，对甘蓝全基因组进行深度挖掘，旨在全面鉴定 Dof 基因家族成员，并解析其结构特征、进化关系及表达模式。这项研究的成果发表在《Ecological Genetics and Genomics》上，为甘蓝的遗传研究和分子育种提供了重要的理论支撑。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，从 NCBI 获取拟南芥 Dof 锌指蛋白 1 的肽序列，通过 MOTIF 数据库鉴定 Dof 基序，利用 Phytozome v13 数据库的 BLAST-P 工具在甘蓝蛋白质组中搜索同源序列，初步筛选出 59 个候选蛋白。随后，通过排除同一基因亚型和短 Dof 结构域蛋白，进一步精准确定 Dof 基因成员。在此基础上，运用生物信息学工具对基因的染色体定位、内含子 - 外显子结构、保守结构域、顺式调控元件（CREs）进行分析，并构建系统发育树，与拟南芥 Dof 基因进行进化关系比对。同时，结合转录组数据和 microRNA（miRNA）靶向分析，探究基因的表达模式和潜在调控网络。

数据库搜索与基因鉴定

研究初始，以拟南芥 Dof 锌指蛋白 1（登录号 NP_175581）的氨基酸序列为探针，通过 MOTIF 数据库检索 Dof 基序，再利用 Phytozome v13 数据库的 BLAST-P 工具在甘蓝蛋白质组中进行同源搜索，初步获得 59 个含 Dof 结构域的蛋白序列。通过剔除同一基因亚型和短结构域蛋白，最终确定甘蓝基因组中存在 59 个 Dof 基因（BolDof），为后续研究奠定了坚实的基础。

基因染色体分布与进化分析

染色体定位分析显示，59 个 BolDof 基因不均匀地分布在甘蓝各条染色体上，其中 3 号和 7 号染色体上的基因数量最多，各含 10 个，暗示这两条染色体可能在甘蓝 Dof 基因家族的扩张中发挥了重要作用。系统发育分析表明，甘蓝 Dof 基因可分为 A、B1、B2、C1、C2.1、C2.2、C3、D1、D2 共 9 个亚家族，与拟南芥 Dof 基因的分类体系一致。不同亚家族的基因结构存在显著差异，部分亚家族成员完全不含内含子，这种结构差异可能与基因的功能分化和进化历程密切相关。进一步研究发现，片段重复事件是甘蓝 Dof 基因家族扩张的主要驱动力，这一机制在植物基因家族进化中较为常见，通过基因拷贝的保留和功能分化，赋予了物种适应环境变化的遗传基础。

顺式调控元件与基因表达分析

顺式调控元件分析揭示了 BolDof 基因潜在的调控功能。结果显示，光响应元件在所有元件中占比最高（28%），表明 Dof 基因可能在甘蓝的光信号传导和光形态建成中扮演重要角色。其次为胁迫相关元件（19%）、发育相关元件（17%）和激素响应元件（14%），暗示这些基因广泛参与甘蓝的生长发育调控和逆境适应过程。基因表达谱分析发现，BolDof35 在茎、角果、幼苗和花等组织中呈现高表达水平，尤其在茎、花丝、芽和愈伤组织中活性显著，提示其可能是甘蓝茎和花发育的关键调控因子。这一结果为深入研究甘蓝的器官发育机制提供了重要的候选基因。

miRNA 靶向分析

miRNA 靶向预测分析显示，B1、C2.1 和 C3 亚家族的 BolDof 基因是 miRNA 的主要作用靶点，而 D1 亚家族则极少被靶向。miRNA 作为基因表达的重要调控因子，通过与靶基因 mRNA 结合，介导转录后基因沉默。这一结果表明，不同亚家族的 Dof 基因可能受到不同的转录后调控机制，进而在甘蓝的生长发育和逆境响应中发挥多样化的功能。

研究结论与意义

本研究通过全面的生物信息学分析，系统鉴定了甘蓝基因组中的 59 个 Dof 转录因子基因，揭示了其染色体分布、亚家族分类、基因结构及调控元件特征。研究发现，片段重复是基因家族扩张的主要动力，光响应和胁迫响应元件在基因调控中占据重要地位，BolDof35 等基因在甘蓝的器官发育中可能起关键作用。此外，miRNA 靶向分析为阐明 Dof 基因的转录后调控网络提供了新视角。

这项研究不仅填补了甘蓝 Dof 基因家族研究的空白，为深入探究其在生长发育、逆境响应中的功能奠定了基础，也为甘蓝及其近缘物种的分子育种提供了宝贵的基因资源。通过解析 Dof 基因的调控机制，有望为培育高光效、抗逆性强的甘蓝新品种提供理论指导，助力蔬菜产业的可持续发展。未来，结合功能验证实验，进一步揭示 BolDof 基因的具体作用机制，将为完善植物 Dof 转录因子的调控网络提供更丰富的证据。