本氏烟中钙调磷酸酶B样蛋白(CBL)与互作蛋白激酶(CIPK)基因家族的全基因组鉴定及病毒胁迫下的进化与表达分析

本研究针对本氏烟(Nicotiana benthamiana)中钙信号通路关键组分CBL-CIPK分子网络在病毒胁迫下的调控机制开展系统研究。研究人员通过全基因组分析鉴定出17个NbCBLs和48个NbCIPKs，揭示其进化特征与表达模式，并证实NbCBL10沉默会显著增加植物对TYLCV和BaMV病毒的易感性，为作物抗病毒遗传改良提供了新靶点。

　　

在植物与病原体互作的复杂防御网络中，钙离子(Ca²⁺)作为重要的第二信使，通过钙传感器蛋白传递胁迫信号。其中钙调磷酸酶B样蛋白(Calcineurin B-like proteins, CBLs)及其互作蛋白激酶(CBL-interacting protein kinases, CIPKs)形成的信号模块，已被证实在植物响应非生物胁迫中起关键作用。然而，这一系统在应对病毒等生物胁迫中的功能仍存在巨大知识空白。作为植物病毒研究的模式物种，本氏烟(Nicotiana benthamiana)的CBL-CIPK基因家族尚未得到系统解析，这严重制约了对其抗病毒机制的深入理解。

浙江农林大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的最新研究，首次完成了本氏烟CBL和CIPK基因家族的全基因组鉴定与功能解析。研究人员整合生物信息学分析和实验验证，采用HMMER软件进行蛋白结构域预测、IQ-TREE构建系统发育树、MEME套件分析保守基序、RNA-seq解析表达谱，以及病毒诱导基因沉默(VIGS)等技术，系统研究了NbCBLs和NbCIPKs在病毒胁迫下的调控网络。

研究首先在全基因组水平鉴定出17个NbCBLs和48个NbCIPKs，根据系统发育分析将其分别划分为4个和7个亚家族。基因结构和保守基序分析显示，同一亚家族成员具有高度相似的外显子-内含子结构和 motif 组成，暗示功能保守性。染色体定位研究发现这些基因不均匀分布在19条染色体上，其中NbCIPKs在18号染色体分布最为密集。

通过比较基因组学分析，研究人员揭示了NbCBLs和NbCIPKs的进化特征。与番茄等近缘物种相比，本氏烟显示出更多的直系同源基因对，表明物种特异性扩张。密码子使用偏好性分析发现，单子叶植物(如水稻)的CBL-CIPK基因比双子叶植物表现出更强的密码子使用偏倚，这为基因表达调控研究提供了新视角。

组织特异性表达谱显示，多数NbCBLs和NbCIPKs呈现器官特异性表达模式。尤为重要的是，在番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)和竹花叶病毒(BaMV)侵染后，多个基因表达发生显著变化。其中NbCBL3、NbCBL5和NbCBL10以及NbCIPK1、NbCIPK8和NbCIPK36显著上调，而NbCBL2、NbCBL4与NbCIPK28、NbCIPK29和NbCIPK40则明显下调。

研究团队通过VIGS技术构建了NbCBL10沉默植株，发现其接种TYLCV和BaMV后病毒积累量显著增加，植株症状加重。亚细胞定位证实NbCBL10定位于细胞膜，Western blot和RT-qPCR分析显示病毒外壳蛋白(CP)表达水平在沉默植株中显著升高，明确揭示了NbCBL10在抗病毒防御中的正调控作用。

这项研究不仅首次系统鉴定了本氏烟CBL-CIPK基因家族，还揭示了其在病毒胁迫下的动态响应机制。研究发现NbCBL10作为抗病毒防御的关键组分，为作物抗病遗传改良提供了新靶点。该工作建立的基因家族分析框架和获得的遗传资源，将有力推动植物钙信号通路在生物胁迫响应中的功能研究，对发展可持续农业病虫害防控策略具有重要指导意义。