生菜ACA/ECA基因家族鉴定及其在钙转运与叶缘焦枯调控中的功能初探

本研究针对生菜钙缺乏导致的叶缘焦枯(tipburn)问题，通过生物信息学方法鉴定出18个ACA/ECA(钙转运ATP酶)基因家族成员，并利用TRV-VIGS技术验证了LsaACA2/10/11在钙离子转运中的关键作用。研究发现沉默这些基因会显著降低叶片钙含量并加剧叶缘焦枯症状，为解析生菜钙代谢机制及抗逆育种提供了新靶点。

　　

生菜作为全球广受欢迎的叶菜，其脆嫩口感和营养价值深受消费者青睐。然而在植物工厂等集约化栽培条件下，生菜快速生长常因钙吸收不足引发叶缘焦枯(tipburn)，导致商品价值骤降。钙转运ATP酶(ACA/ECA)作为调控植物钙离子(Ca²⁺)平衡的核心蛋白，在拟南芥、水稻等作物中已有较深入研究，但在生菜中的系统鉴定和功能解析仍属空白。

为解析生菜钙代谢的分子机制，北京市农林科学院蔬菜研究所的研究团队在《Scientific Reports》发表了突破性研究。通过整合生物信息学分析和基因沉默技术，首次系统鉴定了生菜ACA/ECA基因家族，并揭示了其成员在钙转运和叶缘焦枯发生中的调控作用。

研究主要采用四种关键技术：基于Blastp的基因家族鉴定、MEME保守基序分析、PlantCARE启动子顺式元件预测，以及TRV-VIGS介导的基因瞬时沉默。实验选用"Italy"和"LVYA"两个生菜品种，通过农杆菌注射法进行基因功能验证。

ACA/ECA基因家族成员信息与系统发育关系
鉴定出18个生菜ACA/ECA家族成员，分子量介于104-124 kDa，理论等电点5.16-7.77。系统发育分析显示其可分为四个进化分支，与拟南芥、水稻等物种具有保守性。染色体定位发现基因在8号染色体分布最密集，存在6对共线性基因对。

基因结构与蛋白保守域
外显子数量差异显著（1-30个），但同一分支内保守。Motif分析发现所有成员均含D-K-T-G-T-L-T和L-L-W-V-N特征序列，其中Motif 8含四个离散的甘氨酸残基，提示钙转运功能域的保守性。

跨物种共线性与顺式元件
生菜与拟南芥存在21对共线性ACA/ECA基因。启动子分析发现16个基因含厌氧诱导元件，14个含茉莉酸甲酯和脱落酸响应元件，表明该家族广泛参与环境应激和激素调控。

叶片表达模式与功能验证
转录组数据显示LsaACA2/10/11在叶片高表达。TRV-VIGS沉默导致目标基因表达量下降43-96%，叶片钙含量降低25-78%，叶缘焦枯发生率提升119-244%。其中LsaACA10沉默植株症状最严重，全部试验植株均出现焦枯。

该研究首次绘制了生菜ACA/ECA基因家族的完整图谱，证实LsaACA2/10/11通过调控钙离子转运影响叶缘焦枯发生。这些发现不仅为生菜抗逆育种提供了分子靶点，也为植物工厂环境下的钙营养调控提供了理论依据。特别值得注意的是，研究揭示的应激响应元件与激素调控网络，暗示ACA/ECA可能整合多种信号通路参与钙代谢平衡，这为后续解析植物钙信号转导机制开辟了新视角。