白菜EPFL基因家族全基因组鉴定及其与雄性不育的潜在关联研究

本研究针对白菜(Brassica rapa)雄性不育机制这一育种关键问题，通过生物信息学手段系统鉴定了表皮模式因子类似(EPFL)基因家族，发现14个BrEPFL成员在8条染色体上不均匀分布。研究人员通过比较转录组分析揭示了该家族基因在花器官发育中的特异性表达模式，并鉴定出BraA09g031060.3C等3个与花粉发育通路相关的核心基因。研究首次揭示了EPFL基因通过ERECTA家族受体调控白菜雄性不育的分子机制，为十字花科作物杂交育种提供了新靶点。

　　

在农业生产中，雄性不育现象犹如一把"双刃剑"——既是杂交育种的宝贵资源，又是制约作物产量的关键瓶颈。白菜作为我国重要的十字花科蔬菜，其雄性不育机制解析一直存在知识空白。表皮模式因子类似(EPFL)基因家族编码的半胱氨酸富集多肽(CRPs)在拟南芥中已被证实参与花粉管导向和花药发育，但在白菜中仍如"雾里看花"。安徽农业大学园艺学院的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，如同拨开迷雾的明灯，首次系统揭示了EPFL基因家族与白菜雄性不育的分子关联。

研究采用生物信息学方法对15个十字花科物种的204个EPFL基因进行全基因组鉴定，结合RNA-seq和qRT-PCR技术分析7种雄性不育系的转录组数据。通过系统发育树构建、基因结构分析、染色体共线性比较等技术手段，重点解析了BrEPFL基因的进化特征与表达模式。

鉴定与系统发育分析
研究鉴定出白菜14个BrEPFL基因，分子量7.091-23.356kDa，多数含1-2个跨膜结构域。系统发育分析将204个十字花科EPFL基因划分为6个亚组，其中Group I成员最多(78个)，而Group VI仅含3个物种特化基因。值得注意的是，白菜与甘蓝(B. oleracea)的EPFL基因数量与分布高度相似，暗示两者密切的进化关系。

基因结构与功能特征
所有BrEPFL基因均含有C端保守的半胱氨酸残基(PF17181结构域)，内含子数0-3个。三维结构预测显示所有成员具有相似的空间构象，启动子区富含光响应、激素信号等顺式元件。

共线性分析发现4对旁系同源基因，与甘蓝、黑芥等物种的63对直系同源基因均呈现Ka/Ks<1，表明该家族在进化中受到强烈纯化选择。

表达模式解析
转录组数据显示多数BrEPFL基因在花器官高表达，其中BraA01g001190.3C(AtEPFL2同源基因)和BraA01g021960.3C(AtEPFL4同源基因)表现尤为突出。在ogu-CMS不育系中，花药发育关键时期(四分体至单核期)出现BrEPFL基因显著上调，与绒毡层异常 vacuolation(空泡化)过程同步。

调控网络构建
蛋白互作网络揭示BrEPFL与气孔发育相关基因TMM、ERECTA存在共表达关系。GO分析表明这些基因主要参与"胚胎后形态发生"过程，暗示其通过调控细胞增殖影响花药发育。

该研究首次绘制了白菜EPFL基因家族的"分子地图"，发现BraA09g031060.3C等基因可能通过ERECTA受体信号通路调控花药发育。如同拼图游戏找到关键碎片，这些发现为解析十字花科作物雄性不育机制提供了新视角，对利用杂种优势提升蔬菜产量具有重要实践意义。特别值得注意的是，研究揭示的EPFL-TMM-ERECTA调控模块，可能成为未来分子设计育种的重要靶点。