蒺藜苜蓿GRAS基因家族全基因组鉴定及PAT1亚家族在嫁接愈合中的功能研究

本研究首次对蒺藜苜蓿(Medicago lupulina L.)GRAS转录因子家族进行全基因组鉴定，发现52个MlGRAS基因，重点解析PAT1亚家族通过激活MlDOF3.4调控嫁接愈合的分子机制。研究人员通过系统发育分析和RT-qPCR验证，揭示MlGRAS31/35/62/65在嫁接接口高表达并具有转录激活活性，为豆科植物嫁接生物学提供新见解。

　　

在植物生长发育和逆境响应中，GRAS家族转录因子扮演着关键调控角色，其成员如PAT1亚家族已被证实参与光信号转导和嫁接愈合过程。然而，作为优质牧草和生态修复植物的蒺藜苜蓿(Medicago lupulina L.)，其GRAS基因家族尚未被系统研究。这种豆科植物不仅具有高蛋白、固氮能力强等农艺优势，还是研究嫁接机制的理想材料。解析其GRAS家族特别是PAT1亚家族的功能，对理解植物再生机制和分子育种具有重要意义。

云南师范大学生命科学学院的研究团队在《BMC Genomics》发表的研究中，采用生物信息学分析结合实验验证的策略。关键技术包括：1)基于实验室未发表的基因组数据鉴定52个MlGRAS基因；2)通过系统发育树构建和保守结构域分析划分亚家族；3)采用无菌嫁接技术获取嫁接联合体样本；4)利用RT-qPCR分析组织表达模式；5)通过农杆菌介导的烟草瞬时表达系统进行转录激活验证。

基因组鉴定与分类分析

研究团队通过BLAST比对和结构域验证，从蒺藜苜蓿基因组中鉴定出52个GRAS基因。系统发育分析显示这些基因可划分为9个亚家族，其中PAT1亚家族包含10个成员。蛋白结构预测显示所有MlGRAS蛋白C端均含有典型GRAS结构域(LHR I、VHIID等)，而N端序列变异较大。三维结构建模揭示PAT1亚家族成员具有高度保守的空间构象。

表达模式与功能验证

RT-qPCR分析显示多数MlPAT1基因在根部高表达，其中MlGRAS31在嫁接联合体中的表达量显著高于野生型。启动子顺式元件分析发现光响应、激素响应等相关元件。通过构建35S:GFP-MlGRAS融合蛋白，证实MlGRAS31/35/62/65定位于细胞核，且能显著激活MlDOF3.4启动子的报告基因表达，其中MlGRAS62的激活效应最强。

该研究首次系统鉴定了蒺藜苜蓿GRAS基因家族，特别是揭示了PAT1亚家族通过调控MlDOF3.4参与嫁接愈合的分子机制。研究不仅填补了豆科牧草GRAS家族研究的空白，还为植物再生生物学提供了新视角。发现MlGRAS62等关键调控因子，为后续分子育种和细胞工程研究奠定了理论基础。这些发现可能对提高牧草嫁接成活率、促进组织再生具有重要应用价值。