芦笋Aux/IAA基因家族全基因组鉴定及盐胁迫响应机制解析

本研究针对芦笋(Asparagus officinalis)中调控生长和胁迫响应的Aux/IAA基因家族开展系统研究。研究人员通过全基因组分析鉴定出17个AoIAA基因，发现其具有组织特异性表达模式，并揭示AoIAA1/10/12在盐胁迫响应中的关键作用。该研究为解析芦笋抗逆分子机制提供了重要理论基础，发表在《BMC Plant Biology》。

　　

植物在生长过程中面临着各种环境胁迫，其中盐胁迫是影响作物产量和品质的重要因素。芦笋作为一种具有重要经济价值和药用价值的多年生蔬菜，表现出中等耐盐性，是盐碱地栽培的理想作物。然而，作为植物激素信号转导关键组分的Aux/IAA基因家族，其在芦笋中的功能和调控机制尚不清楚。这项研究填补了这一空白，为芦笋抗逆育种提供了分子层面的理论依据。

来自浙江省农业科学院温州分院的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了题为"Genome-wide identification and salt stress-responsive expression profiling of Aux/IAA gene family in Asparagus officinalis"的研究论文。研究人员采用生物信息学分析和转录组测序技术，系统鉴定了芦笋Aux/IAA基因家族成员，分析了其系统发育关系、基因结构和表达模式，特别关注了这些基因在盐胁迫条件下的响应特征。

研究采用的主要技术方法包括：1)基于隐马尔可夫模型(HMM)的全基因组筛选；2)多序列比对和系统发育分析；3)基因结构和保守基序分析；4)顺式作用元件预测；5)染色体定位和共线性分析；6)基于公开转录组数据的组织特异性表达分析；7)不同盐浓度处理下的基因表达谱分析。样本来源于芦笋的根、茎、叶和冠组织，以及不同盐浓度处理的植株。

研究结果部分：

基因组-wide identification and characterization of the AoIAA gene family in A. officinalis
研究人员在芦笋基因组中鉴定出17个Aux/IAA基因，命名为AoIAA1-17。这些基因编码的蛋白质具有典型的Aux/IAA结构域，但部分成员存在结构域缺失。理化性质分析显示这些蛋白多为亲水性蛋白，主要定位于细胞核。

Multiple sequence alignment, phylogenetic tree, gene structure and conserved motif analysis of AoIAA gene family
多序列比对发现13个AoIAA蛋白含有完整的四个保守结构域(I-IV)，而AoIAA4、AoIAA8、AoIAA12和AoIAA14分别缺失不同结构域。系统发育分析将AoIAA分为两组，基因结构分析显示内含子数量在2-5个之间变化。

Phylogenetic analysis of Aux/IAA genes in A. thaliana,O.sativa,and A. officinalis
进化分析将AoIAA与拟南芥和水稻的Aux/IAA蛋白分为两大组，芦笋AoIAA与水稻OsIAA的亲缘关系更近。AoIAA16与OsIAA30的相似性达69.92%，AoIAA15与AtIAA4的相似性为64.2%。

Cis-regulatory elements analysis of AoIAA gene promoter
启动子分析发现所有AoIAA基因都含有光响应元件，多数成员含有脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸响应元件，以及干旱、低温等胁迫响应元件，表明这些基因可能参与多种胁迫响应。

Chromosome localization and collinearity analysis of AoIAA gene family
17个AoIAA基因分布在7条染色体上，其中1号和7号染色体各含5个基因。共线性分析发现4个基因来自全基因组复制或片段复制事件，芦笋AoIAA与单子叶植物的同源性高于双子叶植物。

Transcriptome based expression analysis of AoIAAs
组织表达分析显示AoIAA基因具有明显的组织特异性：AoIAA16仅在茎中表达，AoIAA11在茎和冠中表达，AoIAA8在根中高表达，AoIAA4/6/7/10在叶中表达最高。

Analysis of AoIAA genes expression profiles under salt stress
盐胁迫响应分析表明，AoIAA1、AoIAA10和AoIAA12的表达随盐浓度增加而上升，可能在盐胁迫适应中起关键作用；而AoIAA3/5/8/17的表达则随盐浓度增加而下降。

研究结论与讨论：
该研究首次系统鉴定了芦笋Aux/IAA基因家族，揭示了其结构特征和进化关系。特别重要的是，研究发现AoIAA1、AoIAA10和AoIAA12可能作为关键调控因子参与盐胁迫响应。这些基因的表达模式与启动子中的胁迫响应元件相吻合，支持它们在非生物胁迫适应中的功能。研究还发现部分AoIAA基因具有组织特异性表达模式，暗示其在芦笋不同器官发育中的调控作用。

这项研究的意义在于：1)为理解芦笋中auxin信号转导机制提供了基础；2)鉴定了潜在的耐盐候选基因；3)丰富了单子叶植物Aux/IAA基因家族的研究数据；4)为芦笋分子育种提供了靶基因资源。特别是AoIAA1、AoIAA10和AoIAA12的发现，为后续通过基因工程提高芦笋耐盐性指明了方向。

值得注意的是，研究中发现部分AoIAA蛋白存在结构域缺失，这些非典型成员可能具有特殊的功能机制，值得进一步研究。此外，AoIAA基因的组织特异性表达模式与其在器官发育中的潜在作用也需通过功能验证实验来确认。这些发现为后续深入研究芦笋生长发育和胁迫适应的分子机制奠定了基础。