Tritipyrum中bHLH转录因子家族的全基因组分析及TtbHLH310在耐盐性中的关键作用

为解决土壤盐渍化对作物生长的严重影响，研究人员对Tritipyrum（小麦与长穗偃麦草的八倍体杂交种）中bHLH转录因子家族进行了全基因组分析，鉴定出398个TtbHLH基因，发现其中29个基因在盐胁迫下显著上调表达，并证实TtbHLH310与拟南芥耐盐基因AtbHLH6同源，通过调控代谢通路和氧化还原平衡增强植物耐盐性。该研究为小麦耐盐育种提供了重要靶点，发表于《BMC Genomics》。

　　

土壤盐渍化是全球农业面临的重大挑战，约8.31亿公顷耕地受盐害影响，每年造成273亿美元经济损失。小麦作为中度耐盐作物，其产量在盐渍土壤中显著下降。长穗偃麦草（Thinopyrum elongatum）具有极强的耐盐性，能与小麦杂交形成八倍体Tritipyrum，成为耐盐基因研究的理想材料。bHLH（basic helix-loop-helix）转录因子家族在植物逆境响应中起核心调控作用，但其在Tritipyrum中的功能尚未系统解析。

贵州省农业科学院的研究团队通过整合小麦和长穗偃麦草基因组数据，首次对Tritipyrum中bHLH家族进行全基因组鉴定。研究采用基因组原位杂交（GISH）确认杂交种染色体组成，利用隐马尔可夫模型（HMM）和BLASTp鉴定基因家族成员，通过系统进化、染色体定位、共线性分析揭示基因家族进化特征，结合转录组和qPCR验证基因表达模式，并利用Pearson相关性分析挖掘TtbHLH310的调控网络。

Identification of the TtbHLH genes in Tritipyrum
研究鉴定出398个TtbHLH基因，均匀分布于28条染色体，其中B亚基因组和第5同源群基因富集。基因编码蛋白长度差异显著（185-796个氨基酸），等电点跨度大（4.39-10.7），暗示功能多样性。

Phylogenetic analysis, and motif composition
系统进化分析将TtbHLH分为20个亚家族（缺失F/G/H/I/W亚组），B亚家族成员最多。保守基序分析显示同一亚家族具有相似基序组成，Q和K亚家族与拟南芥同源基因保守性最高。

Chromosomal distribution and gene duplication
391个基因精确定位于染色体，端粒区域分布密集。发现67个基因复制事件（26个近端复制、41个串联复制），第五同源群复制频率最高，反映小麦基因组进化过程中的自然易位事件。

Evolutionary analysis of the bHLH families
与5个禾本科物种的共线性分析显示，Tritipyrum与中间偃麦草（Th. intermedium）共线性最高（262个基因），其次为玉米（162个），支持其近缘演化关系。

Expression patterns under salt stress
225个基因在盐胁迫根组织中表达，其中29个显著上调（log2FC>1）。GO分析显示这些基因富集于代谢调控、氧化还原酶活性和ABA信号通路。TtbHLH310（与AtbHLH6同源）在茎中表达最高，与485个基因（R>0.9）共表达，这些基因主要参与渗透调节和ROS清除。

研究结论表明，TtbHLH310通过调控代谢通路和氧化应激响应增强耐盐性，其茎特异性高表达可能通过维管组织协调全株盐胁迫响应。该发现为解析杂交种耐盐机制提供了新视角，TtbHL310可作为小麦分子育种的候选基因。讨论部分指出，bHLH家族在植物中形成复杂的调控网络，未来需通过转基因实验验证其下游靶标，如SOD（超氧化物歧化酶）和脯氨酸合成相关基因。研究首次系统揭示了Tritipyrum中bHLH家族的进化特征与功能分化，为利用远缘杂交改良作物抗逆性提供了理论依据。