亚麻APX基因家族全基因组鉴定及LuAPX12在渗透和盐胁迫响应中的功能表征

本研究针对亚麻在干旱和盐碱环境下产量低的问题，通过全基因组分析鉴定出12个APX基因家族成员，结合GWAS和RNA-seq筛选出盐胁迫候选基因LuAPX12。研究人员通过异源转化拟南芥和瞬时转化亚麻实验证实，LuAPX12过表达能显著提高植物的抗氧化能力和胁迫耐受性。该研究为亚麻抗逆分子育种提供了重要理论依据和基因资源。

　　

在农业生产中，亚麻作为一种兼具经济价值和营养功能的重要作物，却常常面临干旱和盐碱环境的严峻挑战。据统计，中国亚麻单位面积产量仅为1530.69 kg/ha，不足油料作物总产量的1%。这种低产现象与亚麻对非生物胁迫的敏感性密切相关，特别是在盐碱和干旱条件下，植物体内会积累过量活性氧(ROS)，导致氧化损伤。为了破解这一难题，新疆大学生命科学与技术学院的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了突破性研究成果。

植物进化出了复杂的抗氧化系统来应对氧化胁迫，其中抗坏血酸过氧化物酶(APX)作为清除H₂O₂的关键酶，在"Foyer-Halliwell-Asada"循环途径中发挥核心作用。然而，亚麻APX基因家族的系统研究一直空白，这严重制约了对其抗逆机制的深入理解。研究团队采用全基因组鉴定结合多组学分析策略，不仅系统解析了亚麻APX基因家族特征，还成功鉴定出一个具有重要应用价值的盐胁迫响应基因。

研究人员运用生物信息学方法鉴定了12个LuAPX基因，通过GWAS和RNA-seq整合分析筛选候选基因，采用RT-qPCR验证基因表达模式，构建过表达载体转化拟南芥，建立亚麻瞬时转化体系进行功能验证，并测定了一系列生理生化指标包括APX活性、CAT活性和H₂O₂含量等。研究材料来自新疆大学亚麻种质资源库的耐盐品种OLEIFERA。

亚麻APX基因家族的鉴定与结构分析

研究鉴定出12个LuAPX基因，系统进化分析将其分为5个亚家族。Motif分析发现除亚家族IV和V外，其他9个APX蛋白均含有7个以上保守基序。基因结构分析显示LuAPX8和LuAPX9具有最多外显子(12个)和最长的基因长度。这些发现为理解亚麻APX基因的进化关系提供了重要基础。

LuAPX基因的顺式作用元件分析与蛋白互作预测

启动子分析发现大量与激素响应、胁迫应答和发育相关的顺式作用元件。特别值得注意的是，MYB、MYC和DRE核心结合位点占比显著。蛋白互作预测发现DREB2C、DREB1A等胁迫相关转录因子可能与LuAPX2、LuAPX3等成员存在调控关系，揭示了APX基因参与胁迫响应的潜在调控网络。

盐和渗透胁迫下LuAPX基因的表达模式

RT-qPCR分析显示不同LuAPX成员对胁迫响应存在组织特异性。盐胁迫下，LuAPX3在根中上调17.77倍，LuAPX4和LuAPX8在叶中分别上调4.29和3.11倍；渗透胁迫下，LuAPX8在根和叶中均显著上调。值得注意的是，LuAPX12在所有处理中均表现下调，这种独特的表达模式暗示其可能具有特殊功能。

LuAPX12作为耐盐候选基因的鉴定

GWAS在3号染色体上定位到一个显著关联位点，结合转录组数据筛选出8个盐响应差异表达基因。其中LuAPX12与拟南芥AtAPX6高度同源，且在所有胁迫条件下均表现下调，被确定为关键候选基因。单倍型分析显示携带CC等位基因的材料具有更高耐盐性，为分子标记辅助育种提供了潜在靶点。

LuAPX12在拟南芥中的异源表达验证

过表达LuAPX12显著提高了拟南芥的耐盐性：在125 mM NaCl条件下，转基因株系发芽率和根长显著优于野生型；盐胁迫4天后，过表达株系的Fv/Fm值更高，NPQ值更低，表明其光合系统受损较轻。生理指标检测显示，转基因植株APX活性提高，H₂O₂和MDA含量降低，证实LuAPX12通过增强抗氧化能力提高耐盐性。

LuAPX12增强渗透调节能力

在200 mM甘露醇胁迫下，过表达株系发芽率(69.3%)显著高于野生型(40%)。干旱处理12天后，转基因植株APX和CAT活性更高，水分流失速率更慢，表明LuAPX12在渗透调节中发挥关键作用。这些结果提示该基因可能通过调控水分平衡和氧化还原稳态来增强抗旱性。

LuAPX12在亚麻中的瞬时转化验证

瞬时表达系统证实LuAPX12能提高亚麻对盐和渗透胁迫的耐受性。有趣的是，转基因株系中水通道蛋白基因LuPIP2;1表达显著上调，暗示LuAPX12可能通过调控水分运输参与胁迫响应。这一发现为解析APX基因的胁迫响应机制提供了新视角。

该研究首次完成了亚麻APX基因家族的全基因组鉴定和系统分析，揭示了其在胁迫响应中的多样化功能。特别是发现APX-R基因LuAPX12通过调控抗氧化系统和水分平衡，显著增强植物对盐和渗透胁迫的耐受性。这一发现不仅丰富了植物抗逆理论，也为亚麻分子育种提供了重要基因资源。研究建立的亚麻瞬时转化体系为快速验证基因功能提供了有效工具。未来研究可进一步探索LuAPX12调控的下游网络，并开发其在不同作物抗逆育种中的应用价值。