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为解决燕麦在干旱、盐渍等逆境下的生产问题，研究人员对燕麦中 EPF/EPFL 基因家族开展全基因组鉴定及表达分析。发现 33 个相关基因，具组织表达特异性且受胁迫诱导，为抗逆育种提供候选基因。
在自然界中，植物常常面临干旱、盐渍等非生物胁迫的挑战，这些胁迫严重影响植物的生长发育和产量。气孔作为植物与外界环境进行气体交换和水分散失的主要通道，其发育和功能调控对于植物应对逆境至关重要。表皮模式因子样（EPF/EPFL）基因家族编码的小分泌肽，在调控气孔发育、植物胁迫响应等方面发挥着关键作用。然而，燕麦作为一种具有重要经济价值和抗逆特性的作物，其 EPF/EPFL 基因家族的全基因组信息及在胁迫条件下的表达模式尚不清楚。因此，开展燕麦 EPF/EPFL 基因家族的相关研究，对于深入了解燕麦的抗逆机制、培育抗逆品种具有重要意义。
中国农业科学院的研究人员针对这一问题，开展了燕麦 EPF/EPFL 基因家族的全基因组鉴定和表达分析研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》上，为燕麦的抗逆育种提供了重要的理论依据和基因资源。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，从拟南芥数据库下载 EPF/EPFL 基因的蛋白质序列，通过 TBtools 软件在燕麦基因组中进行 BLASTP 和 Hmm 搜索，鉴定出燕麦中的 EPF/EPFL 基因家族成员；然后，利用生物信息学工具分析基因的理化性质、保守结构域、基因结构和染色体定位；接着，通过系统发育分析构建燕麦与其他物种 EPF/EPFL 基因的进化树，探讨其进化关系；最后，运用 qRT-PCR 技术检测基因在不同组织及干旱（PEG 模拟）和盐（NaCl）胁迫下的表达模式。
燕麦 EPF/EPFL 基因家族的鉴定与理化性质分析
通过全基因组搜索，研究人员在燕麦中鉴定出 33 个非冗余的 EPF/EPFL 基因家族成员。这些基因编码的蛋白质长度在 106-213 个氨基酸之间，分子量为 11,418.25-32,984.15 Da，等电点（pI）范围 7.09-10.82，不稳定指数显示大部分蛋白稳定性较高，亲水性指数表明其具有亲水特性，说明这些蛋白可能在细胞外环境中发挥作用。
保守结构域、基序和基因结构分析
保守结构域分析表明，28 个基因含有保守的 EPF 结构域，5 个基因含有 stomagen 结构域。通过 MEME 分析发现 7 个保守基序，多数基因含有 4 个基序，显示出功能的模块化。基因结构分析显示，大多数（31 个）基因含有 2 个外显子和 1 个内含子，仅有 2 个基因只有 1 个外显子，说明燕麦 EPF/EPFL 基因家族在结构上具有较高的保守性。
染色体定位分析
染色体定位结果显示，33 个基因分布在燕麦的 17 条染色体上，分布不均匀。其中 4D 染色体上有 5 个基因，4A 染色体上有 4 个基因，其他染色体上的基因数量较少，且未发现基因复制现象，表明该基因家族在燕麦基因组中的分布具有特异性。
系统发育分析
通过对燕麦、水稻、拟南芥和小立碗藓的 EPF/EPFL 基因进行多序列比对和系统发育树构建，发现该家族可分为五个亚组。拟南芥、水稻和燕麦的基因分布在亚组 II、III、IV 中，且燕麦基因与水稻基因的进化关系更近。小立碗藓的基因仅分布在亚组 I 和 V 中，提示这两个亚组可能在蕨类植物进化后出现，表明 EPF/EPFL 家族起源于单子叶和双子叶植物分化之前，且在进化过程中功能保守。
共线性分析
燕麦与拟南芥、小麦的共线性分析显示，燕麦与小麦的共线性更强，存在 100 对共线基因，而与拟南芥仅有 6 对共线基因，进一步说明燕麦与小麦在 EPF/EPFL 基因家族的进化关系更为密切。
组织特异性表达分析
qRT-PCR 结果显示，33 个基因在根、茎、叶、穗中呈现出不同的表达模式。12 个基因在根中表达量最高，6 个基因在茎中最高，5 个基因在叶中最高，7 个基因在穗中显著高表达，还有 3 个基因在茎和叶中呈现双峰表达，表明这些基因在燕麦不同组织的发育中可能发挥着特定的作用。
干旱和盐胁迫下的表达分析
在干旱胁迫下，所有 33 个基因均呈现不同程度的上调表达，其中 9 个基因在胁迫 4 小时后达到表达峰值，2 个基因在 8 小时峰值，22 个基因在 24 小时峰值，说明不同基因通过不同的调控途径参与干旱胁迫响应。在盐胁迫下，除 2 个基因下调外，其余 31 个基因均上调，不同基因的表达峰值出现在 3 小时、6 小时、12 小时和 24 小时，表明它们对盐胁迫的响应时间存在差异。
研究结论表明，本研究在燕麦中鉴定出 33 个 EPF/EPFL 基因家族成员，它们具有保守的结构和组织特异性表达模式，且在干旱和盐胁迫下被显著诱导表达。系统发育分析显示该家族起源于单双子叶分化之前，且燕麦基因与水稻基因进化关系更近。共线性分析表明燕麦与小麦的 EPF/EPFL 基因家族具有更强的进化相关性。
讨论部分指出，燕麦 EPF/EPFL 基因家族的成员数量较多，可能与其复杂的六倍体基因组进化历史有关。组织特异性表达模式表明这些基因在根、叶、穗等器官的发育中具有重要作用，这与其他物种中 EPF/EPFL 基因调控气孔发育、器官形态建成的功能一致。胁迫响应分析显示，不同基因对干旱和盐胁迫的响应时间和程度不同，暗示它们在胁迫适应中可能通过调控气孔密度、开启 / 关闭等机制发挥作用。例如，与拟南芥 AtEPF1/AtEPF2 同源的燕麦基因在胁迫下高表达，可能通过类似的信号通路调节气孔发育，从而增强植物的抗逆性。
该研究首次对燕麦 EPF/EPFL 基因家族进行了全面系统的分析，为深入理解该家族在燕麦生长发育和抗逆中的作用奠定了基础，同时筛选出的候选基因可为燕麦抗逆分子育种提供重要的基因资源，有助于通过生物技术手段培育高产、抗逆的燕麦新品种，在保障粮食安全和农业可持续发展中具有重要意义。
