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乙烯响应因子（ERF）属 AP2/ERF 超家族，在植物生长发育和胁迫响应中至关重要。本研究对多种倍体小麦基因组开展全基因组比较分析，鉴定出 2967 个 ERF 基因，揭示其进化动态与表达特征，为小麦遗传育种提供新见解。
小麦作为全球重要粮食作物，其抗逆性与产量提升一直是农业研究的核心命题。乙烯响应因子（ERF）作为 AP2/ERF 超家族的关键成员，在调控植物生长发育、应对盐胁迫、病原体感染等生物与非生物胁迫中扮演重要角色。然而，此前针对不同倍体小麦（ diploid、tetraploid、hexaploid）中 ERF 基因家族的进化特征与表达模式的系统性研究尚不完善，尤其缺乏跨基因组的比较分析。为填补这一研究空白，山东省农业科学院作物种质资源研究所联合齐鲁师范大学生命科学学院等机构的研究人员，开展了一项基于多倍体小麦基因组的 ERF 基因家族深度解析研究。相关成果发表于《BMC Genomics》，为小麦抗逆分子育种提供了重要理论依据。
研究团队采用了一系列关键技术方法：首先从 NCBI Genomes 等数据库获取 1 个二倍体、2 个四倍体和 5 个六倍体小麦基因组数据，利用 HMMER 程序结合 AP2 结构域（PF00847.25）的隐马尔可夫模型（HMM）筛选 ERF 候选基因，并通过 InterProScan 验证保守结构域；随后运用 MAFFT 进行多序列比对，借助 IQ-Tree 构建系统发育树；通过 MCScanX 软件鉴定直系同源基因对，结合 Diamond 程序的全基因组比对分析串联重复事件；最后基于 RNA-seq 数据（SRA 数据库 PRJNA293629），利用 Trimmomatic、HISAT2 和 StringTie 等工具分析盐胁迫下 ERF 基因的表达差异。
研究结果
1. ERF 基因的全基因组鉴定与分布
研究在 8 个小麦基因组中共鉴定出 2967 个 ERF 基因，其中二倍体小麦 T. urartu（G1812）含 130 个，四倍体小麦 Svevo 和 Zavitan 分别含 217 个与 282 个，六倍体小麦中 Kariega（528 个）数量最多。系统发育分析显示，ERF 基因聚为 “Groups I to IV” 和 “Groups V to X” 两大簇，其中四倍体与六倍体小麦的 IIIc 和 IX 亚组基因数量显著多于二倍体，提示这些亚组可能与多倍体小麦的胁迫适应性进化相关。
2. 串联123重复驱动基因家族扩张
串联重复被确认为 ERF 基因家族扩张的主要机制，不同基因组中串联重复基因比例差异显著：四倍体 Zavitan（25.18%）和六倍体 Fielder（28.13%）比例较高，而二倍体 G1812 仅为 17.69%。六倍体小麦的 A、B、D 亚基因组中，超 20% 的 ERF 基因由串联重复产生，其中 Fielder 的 B 亚基因组占比达 31.88%，显示出更强的重复事件影响。
3. 多倍456体化事件的进化痕迹
以无油樟（Amborella trichopoda）为参考，在四倍体与六倍体小麦中检测到古老 ERF 基因拷贝的保留，如 Zavitan 和 Chinese Spring 分别有 8 个和 15 个基因与无油樟存在直系同源关系。二倍体 G1812 与多倍体小麦的共线性分析表明，四倍体 Zavitan 的 A 亚基因组保留了 71.54% 的 G1812 同源基因，六倍体 Fielder 的 A 亚基因组保留率达 71.54%，揭示其与野生二倍体的紧密进化联系。
4. 盐胁789迫下的表达特征
在六倍体小麦 Chinese Spring 中，盐胁迫诱导 418 个 ERF 基因表达，其中 86 个持续上调、14 个持续下调。IIIc 亚组基因对低温、盐、干旱胁迫响应显著，7 个成员在盐胁迫下上调；IX 亚组基因受乙烯、茉莉酸等激素调控，19 个成员在盐胁迫各时间点高表达，暗示其在生物与非生物胁迫中的双重作用。
结论与讨论 101112
本研究通过多维度基因组分析，揭示了小麦 ERF 基因家族的进化规律与功能分化：串联重复和多倍体化事件共同推动了基因家族扩张，其中 IIIc 和 IX 亚组的扩增与多倍体小麦的胁迫适应性密切相关。盐胁迫表达分析筛选出的持续差异表达基因，为抗逆分子标记开发提供了候选靶点。研究结果不仅深化了对小麦基因组进化的理解，也为通过基因编辑或分子育种改良小麦抗逆性奠定了基础，具有重要的理论价值与应用潜力。
