野生花生LEA基因家族全基因组分析与胁迫响应表达谱解析：作物抗逆改良的遗传资源挖掘

本研究针对花生(Arachis hypogaea)抗逆性改良的遗传资源匮乏问题，对野生花生A. duranensis和A. ipaensis的LEA（胚胎发育晚期丰富蛋白）基因家族开展全基因组分析。研究人员通过HMMER鉴定出134个LEA基因（65个AdLEA和69个AiLEA），发现LEA2亚家族成员最多且含有最多胁迫响应顺式元件。qRT-PCR证实AdLEA2-20和AiLEA2-20在低温、干旱、盐胁迫及ABA处理下显著上调，且呈现组织特异性表达模式。该研究为花生抗逆育种提供了重要靶基因和野生种质资源。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫已成为制约花生产量和品质提升的关键因素。作为全球重要的油料作物，栽培花生(Arachis hypogaea)在长期人工选择过程中遗传多样性降低，而野生花生近缘种因其丰富的抗逆基因资源备受关注。其中，胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)家族作为植物应对环境胁迫的"分子盾牌"，通过维持细胞结构和蛋白稳定性发挥保护作用。然而，野生花生LEA基因的系统研究仍属空白。

为解析这一关键基因家族，山东省花生研究所的研究团队对二倍体野生种A. duranensis和A. ipaensis开展全基因组尺度研究。通过HMMER软件基于8个LEA亚家族(PF03760等)的隐马尔可夫模型进行基因鉴定，结合ClustalW多序列比对和邻接法构建系统发育树。利用GSDS和MEME分析基因结构与保守基序，通过PlantCARE预测启动子顺式作用元件，并采用qRT-PCR技术检测三个栽培品种在不同胁迫条件下的表达模式。

研究首先在3.1章节揭示野生花生含有迄今报道最丰富的LEA基因资源：65个AdLEA和69个AiLEA覆盖全部8个亚家族，其中LEA2亚家族占比最高（AdLEA2 42个，AiLEA2 49个）。理化性质分析显示这些蛋白分子量介于9.6-43.4 kDa，多数呈碱性(pI>7.0)和高亲水性(GRAVY达-1.477)。3.2章节的系统比较显示，花生LEA基因数量远超拟南芥(51个)、毛果杨(53个)等物种，且染色体定位分析(3.3章节)发现基因在10条染色体上呈簇状分布，尤以2号染色体密度最高(14个AdLEA)，暗示该区域可能是进化热点。

在3.4章节的基因结构解析中，92%的AdLEA和84%的AiLEA含≤2个内含子，符合胁迫响应基因的快速表达调控特征。MEME鉴定出LEA2特有的基序4/20，以及LEA4/5亚家族的特异基序。启动子分析(3.5章节)发现95%基因含有MYB/MYC等胁迫响应元件，其中AdLEA2-20和AiLEA2-20分别含有31和32个顺式元件，包括ABRE(ABA响应)、LTRE(低温响应)和MBS(干旱响应)等。

关键的3.6章节通过qRT-PCR验证了这两个候选基因的胁迫响应特性：在15°C低温下，栽培品种WT2016-6中AiLEA2-20表达显著上调(P<0.05)；ABA处理诱导AdLEA2-20在根茎中、AiLEA2-20在茎叶中高表达(P<0.01)；PEG模拟的干旱胁迫使两者在根茎中表达量倍增，而盐胁迫仅显著激活茎部表达。这种组织特异性模式暗示不同器官可能采用差异化的抗逆策略。

讨论部分强调，该研究首次系统揭示野生花生LEA基因家族的进化特征与功能分化。与栽培花生126个LEA基因相比，野生种虽数量略少但含有更多串联重复基因(如AiLEA2-31/31-1/31-2)，这为解析基因复制在抗逆性进化中的作用提供线索。特别值得注意的是，LEA2亚家族在花生中显著扩张且含有独特基序，可能通过ABA依赖/非依赖途径参与多重胁迫响应。研究建立的野生花生LEA基因数据库，为分子设计育种提供了靶标资源，例如可通过基因编辑技术将AdLEA2-20的启动子区导入栽培种，有望培育出兼具抗旱耐盐特性的新品种。

这项发表在《Oil Crop Science》的研究，不仅填补了豆科植物LEA基因家族研究的空白，更通过整合生物信息学与实验验证，为利用野生种质资源进行作物改良提供了范式。未来研究可进一步通过转基因验证关键基因功能，并探索不同LEA亚家族成员间的协同作用机制。