蒿属植物HD-Zip转录因子家族全基因组鉴定及AaHDZ64调控腺毛发育的功能解析

本研究针对药用植物艾蒿(Artemisia argyi)腺毛发育分子机制不明的科学问题，通过全基因组鉴定69个HD-Zip转录因子，发现AaHDZ64能显著促进拟南芥异源表达体系的腺毛密度，首次揭示该基因在艾蒿腺毛发育中的正向调控作用，为艾蒿品质改良提供关键靶点基因。

　　

在传统中医药领域，艾蒿(Artemisia argyi)因其独特的药用价值备受关注。这种植物叶片表面密布着两类特殊结构——具有分泌功能的腺毛(GTs)和决定艾绒产量的非腺毛(NGTs)。腺毛作为"天然微型化工厂"，负责合成具有抗炎、抗肿瘤活性的黄酮类物质；而非腺毛的数量则直接影响着艾灸原料艾绒的产量。然而，尽管这些毛状体对艾蒿品质具有决定性作用，其发育的分子调控机制却长期处于"黑箱"状态。

这一科学盲区的存在，严重制约了艾蒿的精准育种。传统育种方法犹如"盲人摸象"，难以针对性地改良毛状体性状。随着基因组学技术的发展，从转录调控网络入手解析毛状体发育机制，已成为突破这一瓶颈的新思路。其中，homeodomain-leucine zipper (HD-Zip)家族转录因子作为植物特有的调控因子，其IV亚家族成员已被证实参与多种植物的表皮分化过程。但艾蒿中HD-Zip家族的系统鉴定及其在毛状体发育中的功能研究仍属空白。

南阳国家农业科技园的研究团队利用艾蒿全基因组数据，采用生物信息学与分子生物学相结合的策略，首次系统鉴定了69个AaHDZ家族成员，并聚焦其中在非腺毛中高表达的AaHDZ64基因开展功能解析。研究人员通过构建系统发育树、分析基因结构特征，将AaHDZ蛋白划分为I-IV四个亚家族；利用拟南芥异源表达体系，证实AaHDZ64能显著提高转基因植株的毛状体密度。这些发现不仅填补了艾蒿HD-Zip家族研究的空白，更为解析其毛状体发育的分子机制提供了关键切入点。

关键技术包括：基于艾蒿基因组数据的HD-Zip家族全基因组筛选；利用ExPASy ProtParam工具分析蛋白理化性质；通过拟南芥异源过表达验证基因功能；采用qRT-PCR检测基因时空表达模式。实验样本为2022年11月至2023年6月采集自南阳试验基地的艾蒿叶片，涵盖五个生长发育时期。

【Identification and physicochemical properties analysis of AaHDZs】
研究团队从艾蒿基因组中鉴定出69个含保守结构域的HD-Zip转录因子，命名为AaHDZ01-AaHDZ69。这些蛋白的氨基酸长度介于188-854个残基之间，分子量为22.2-94.6 kDa，理论等电点(pI)跨度达4.65-9.31，脂溶性指数为52.08-89.14，均属亲水性蛋白。亚细胞定位预测显示大多数AaHDZ定位于细胞核，少数分布于细胞质和叶绿体。

【Discussion】
与拟南芥、小麦等植物相比，艾蒿HD-Zip家族呈现独特的成员组成和进化特征。AaHDZ64作为HD-Zip IV亚家族成员，其异源表达能显著促进拟南芥毛状体形成，这一发现与番茄、烟草等植物中HD-Zip IV调控表皮分化的功能保守性相呼应。研究同时发现，不同AaHDZ成员在艾蒿各组织的表达模式存在显著差异，暗示该家族可能参与多种生理过程的调控。

【Conclusions】
该研究首次完成艾蒿HD-Zip转录因子家族的系统鉴定，揭示AaHDZ64通过正向调控毛状体发育影响艾蒿品质性状。这一发现为解析艾蒿毛状体发育的分子网络奠定基础，同时为分子设计育种提供重要候选基因。研究建立的异源功能验证体系，也为其他非模式药用植物的基因功能研究提供了方法学参考。

Zhanhu Cui等研究者的工作，将传统药用植物研究与现代基因组学技术深度融合，不仅解决了艾蒿品质形成的关键科学问题，更开创了利用转录因子工程改良药用植物性状的新途径。随着后续研究的深入，这些发现有望推动艾蒿育种从"经验筛选"迈向"精准设计"的新阶段。