基于全基因组鉴定的花椒LBD转录因子家族功能特征及其在叶片变异中的潜在作用

推荐 为解析经济树种花椒叶片形态变异的遗传机制，重庆文理学院等机构研究人员以不同纬度分布的花椒种群为对象，通过全基因组鉴定出97个LBD转录因子基因（ZaLBDs），发现其参与非生物胁迫响应及激素信号传导。其中ZaLBD45表达差异最显著，ZaLBD19表达趋势与叶形变化一致。该研究为花椒抗逆遗传改良提供了关键基因资源。

　　

论文解读
在植物界，叶片作为最重要的营养器官，其形态直接影响植物的光合作用效率和产量。然而，环境变化对叶片形态的影响及其背后的遗传机制仍不完全清楚。特别是，叶边界域（LBD）转录因子家族在植物叶片极性建立和形态发生中起关键作用，但其在花椒（Zanthoxylum armatum DC.）中的研究尚属空白。花椒作为一种重要的经济树种，其叶片形态在不同纬度地区表现出显著差异，这种变异如何适应环境变化尚未明确。为解决这一问题，重庆文理学院的研究人员开展了系统研究，揭示了LBD基因家族在花椒叶片形态变异中的潜在作用。

研究人员首先通过全基因组分析，在花椒基因组中鉴定出97个LBD基因（ZaLBDs），这些基因不均匀分布在33条染色体上。物理化学性质分析表明，ZaLBDs为亲水性蛋白，具有核定位特征。系统发育分析将ZaLBDs分为五个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id和II）。进一步分析发现，ZaLBDs基因包含多个顺式作用调控元件，与植物对非生物胁迫响应、激素信号传导及生长发育密切相关。

为探究ZaLBDs在不同环境下的表达模式，研究人员收集了来自山东、重庆和云南三个不同纬度地区的花椒叶片样本，进行转录组测序分析。结果显示，14个ZaLBD基因在不同地区的表达存在显著差异，其中ZaLBD45的表达差异最为显著，而ZaLBD19的表达趋势与叶形变化一致。qRT-PCR验证结果与转录组数据高度一致，进一步证实了这些基因的表达模式。

为深入理解ZaLBDs的功能，研究人员构建了蛋白互作网络，发现17个ZaLBD基因与AS1和AS2蛋白有强相互作用，暗示其在调控叶片极性发育中的潜在作用。此外，共表达网络分析揭示了ZaLBDs与其他转录因子（如bHLH、WRKY、NAC等）的关联，这些转录因子参与叶片形态发生和衰老调控。

研究结论表明，ZaLBD基因家族在花椒叶片形态变异中发挥重要作用，其表达差异可能与花椒对不同环境的适应性进化有关。特别是ZaLBD45和ZaLBD19可能通过调控叶片发育相关通路，影响花椒的叶形变化。这一发现不仅加深了对花椒叶片形态变异遗传机制的理解，也为通过基因编辑技术改良花椒品种提供了潜在靶点。

该研究采用的关键技术包括全基因组鉴定、物理化学性质预测、系统发育分析、顺式作用元件分析、染色体定位、蛋白互作网络构建及转录组测序等。样本来源于中国重庆大学生物资源圃的花椒种群，确保了研究的代表性和可靠性。

综上所述，该研究通过多组学方法系统解析了花椒LBD基因家族的功能特征，揭示了其在叶片形态变异中的潜在作用，为花椒的抗逆遗传改良和品种培育提供了重要理论基础。研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，标志着花椒分子育种研究迈出了重要一步。