棉花溴结构域基因家族的系统基因组学分析及其在非生物胁迫耐受中的潜在作用

本研究针对棉花(Gossypium spp.)中调控表观遗传修饰的关键因子——溴结构域(BRD)蛋白家族，首次在全基因组水平开展比较分析。研究人员通过整合生物信息学和实验验证手段，揭示了四倍体棉花中BRD基因的扩张机制(145个基因)及其在干旱、盐胁迫响应中的调控网络，为培育抗逆棉花品种提供了新靶点。研究发现78.85%的基因复制事件为片段复制，且Dt亚基因组表现出更强的保守性；表达谱分析证实GhBRD-01等基因在耐盐基因型中显著上调，其启动子区富含ABRE、MYB等逆境响应元件。该成果发表于《Journal of Cotton Research》，为作物表观遗传育种提供了理论依据。

　　

棉花作为全球最重要的纤维作物，每年创造超过1000亿美元的经济价值，但其生产正面临日益严峻的干旱和盐碱化威胁——这些非生物胁迫可导致产量损失高达50%。面对这一挑战，表观遗传调控机制逐渐成为研究热点，其中能识别组蛋白乙酰化修饰的溴结构域(Bromodomain, BRD)蛋白，在动植物中被证实可通过染色质重塑调控胁迫响应基因，但在棉花中仍属未探索领域。

来自费萨拉巴德农业大学农业生物技术中心的研究团队，首次对4个棉花物种(G. hirsutum、G. barbadense、G. arboreum和G. raimondii)的BRD基因家族开展系统研究。通过全基因组比对发现，四倍体棉花(G. hirsutum和G. barbadense)的BRD基因数量(145个)显著多于二倍体祖先种(82个)，揭示多倍化事件驱动了基因家族扩张。该成果发表于《Journal of Cotton Research》，为棉花抗逆育种提供了新的分子靶点。

研究采用多组学整合策略：基于CottonGen和Phytozome数据库进行全基因组扫描，通过MEME和CDD工具鉴定保守结构域；利用MCScanX分析基因复制事件；采用PlantCARE预测启动子顺式元件；结合RNA-seq和qRT-PCR验证基因表达模式。样本包括6个棉花品种(3个耐旱型、3个敏感型)和2个耐盐/敏盐基因型，在控时胁迫处理后采集叶片进行表达分析。

BRD基因的进化特征
系统发育分析将227个棉花BRD蛋白划分为7个亚类，其中CLASS-VI包含122个成员，其蛋白含有WD40和SANT等典型结构域。染色体定位显示GhBRD基因在A05染色体上密集分布(11个基因)，而D09染色体虽最小却富集5个基因。片段复制(占78.85%)是基因扩张的主要驱动力，Ka/Ks<1表明纯化选择压力维持了功能保守性。

表观调控网络构建
启动子分析发现ABRE(脱落酸响应元件)、MYB和G-box等胁迫相关元件高频出现。蛋白互作网络揭示GhBRD-32等基因与全局转录因子GTE家族协同作用，形成"乙酰化识别-转录激活"调控轴。二级结构预测显示BRD蛋白含24.41%的α螺旋，GbBRD-08高达49%，暗示其构象灵活性可能影响乙酰化识别效率。

表达模式与抗逆关联
组织特异性表达显示GhBRD-01在棉铃发育期(15 DPA)显著激活。胁迫实验中，GhBRD-10在盐胁迫24h后表达量激增8倍，耐盐品种Z9807中的表达水平显著高于敏感型。耐旱品种K354中，GhBRD-77在干旱处理8天后持续上调，而敏感型K119则表现下调，这与启动子区TGACG-motif(茉莉酸响应元件)的基因型特异性分布高度吻合。

这项研究首次绘制了棉花BRD基因家族的完整图谱，阐明其通过"乙酰化读取-染色质重塑-转录重编程"的分子机制调控抗逆性。特别值得注意的是，Dt亚基因组比At亚基因组保留了更多保守基因(59 vs 42个直系同源对)，为四倍体棉花的亚基因组不对称进化提供了新证据。鉴定到的GhBRD-01/38/77等候选基因，其启动子区的应激元件富集度和表达模式与表型显著相关，为分子标记辅助育种提供了可靠靶点。该成果不仅填补了棉花表观遗传研究的空白，更为应对气候变化下的作物稳产挑战提供了创新解决方案。