大豆TPR基因家族的全基因组鉴定及光周期响应机制解析

本研究针对大豆TOPLESS/TOPLESS-RELATED（TPR）基因家族功能未知的问题，通过全基因组鉴定和表达分析，系统解析了12个GmTPR基因的进化特征、光响应元件富集规律及光周期依赖性表达模式。研究发现GmTPR主要定位于细胞核，其启动子区富含光响应元件，在花器官和种子中特异性高表达，且呈现长/短日照差异调控模式，为揭示大豆光周期适应性机制提供了新靶点。

　　

作为典型的短日照作物，大豆的生长发育和产量形成高度依赖光周期调控。然而，作为植物中保守的转录共抑制因子家族，TOPLESS/TOPLESS-RELATED（TPR）在大豆中的成员组成、功能分化及其在光周期响应中的作用机制仍属空白。TPR蛋白通过LisH和CTLH结构域与EAR基序相互作用，已知参与拟南芥开花调控和胚胎发育，但其在大豆这一重要经济作物中的功能网络亟待解析。

黑龙江八一农垦大学农学院与北京大学现代农业研究院的研究团队在《Scientific Reports》发表研究，首次完成大豆TPR基因家族的系统鉴定。研究人员整合生物信息学分析和实验验证，采用全基因组BLAST和HMM模型鉴定家族成员，通过ClustalW和MEGA11构建系统发育树，利用PlantCARE预测顺式作用元件，结合RNA-seq和RT-qPCR分析光周期条件下的表达模式，并通过亚细胞定位实验验证蛋白功能。

GmTPR家族鉴定与进化特征
从大豆基因组中鉴定出12个GmTPR基因，分布于11条染色体上。系统发育分析显示其可分为三类，其中Class III亚族（GmTPR11/12）为大豆特有。共线性分析发现6个GmTPR与拟南芥3个AtTPR存在10对共线性关系，表明该家族主要通过片段复制扩张而非串联重复。

蛋白结构与调控元件
所有GmTPR均含典型LisH、CTLH和WD40结构域，但Class III成员缺少1个外显子并新增motif 6。启动子分析揭示光响应元件Box4在所有成员中普遍存在，同时富含MeJA和ABA响应元件，暗示激素与光信号交叉调控可能。

亚细胞定位与组织表达

实验证实GmTPR1/5/9/11定位于细胞核。表达谱分析显示大多数成员在花器官高表达，而GmTPR11/12在种子发育早期特异性激活，GmTPR6在VE5期根系显著上调。

光周期响应模式

长日照（LD）下GmTPR1-4表达呈"U"型曲线，黑暗8小时后达最低值；短日照（SD）下GmTPR6-10在光期持续下调，暗期12小时出现表达拐点。GmTPR12在LD黑暗4小时后出现独特表达峰，显示亚功能化特征。

该研究揭示大豆通过全基因组复制扩张TPR家族，其成员在发育时序和光信号响应中呈现功能分化。特别是光响应元件的普遍存在与差异表达模式，暗示GmTPR可能通过招募组蛋白去乙酰化酶（HDAC）形成抑制复合物，在光周期依赖的开花调控中发挥"分子刹车"作用。这为解析大豆纬度适应性提供了新视角，对分子设计育种具有重要指导价值。