猕猴桃LRR-RLK基因家族的鉴定与表达分析揭示其在植物发育和逆境响应中的关键作用

本研究针对猕猴桃生长发育易受环境胁迫影响导致产量品质下降的问题，系统鉴定了307个LRR-RLK（富含亮氨酸重复序列受体样激酶）基因家族成员。通过进化关系、基因结构和表达模式分析，发现47.9%基因通过串联或片段复制事件进化，部分成员在果实成熟和逆境响应中呈现特异性表达。该研究为猕猴桃分子育种提供了重要靶点，发表于《Scientific Reports》。

　　

作为全球重要的经济作物，猕猴桃的产量和品质常因环境胁迫而大幅降低。这种被称为"水果之王"的藤本植物，其生长发育过程对病原菌感染和极端气候异常敏感，其中由Pseudomonas syringae pv. actinidiae(Psa)引起的细菌性溃疡病尤为致命。面对这些挑战，植物进化出了复杂的信号感知系统，而LRR-RLK（Leucine-rich repeat receptor-like kinases）作为最大的受体样激酶亚家族，在调控植物生长发育和逆境响应中扮演着"分子天线"的关键角色。然而，猕猴桃中这一重要基因家族的系统研究仍属空白。

德州学院生命科学学院的研究团队在《Scientific Reports》发表了开创性研究。通过全基因组水平分析，首次在猕猴桃中鉴定出307个LRR-RLK基因，划分为13个亚群。研究发现这些基因在染色体上呈不均匀分布，其中47.9%通过串联或片段复制事件进化，并受到强烈的纯化选择压力。尤为重要的是，研究揭示了Acc23789和Acc24017等基因在抗病品种中对Psa感染的显著诱导表达特征，为抗病育种提供了分子标记。

研究采用多组学整合分析策略：基于隐马尔可夫模型(HMMER)的蛋白结构域预测确定LRR、跨膜和激酶结构域；通过MEME软件分析LRR基序的保守性；利用Kallisto量化不同组织及胁迫条件下的基因表达量(TPM)；采用MCScanX分析基因复制事件。样本涵盖猕猴桃叶片、根、茎等组织，以及Psa感染、盐、热和水涝胁迫处理的材料。

LRR-RLK基因的鉴定与系统进化分析
通过BLASTP比对和结构域验证，从猕猴桃基因组中筛选出307个完整LRR-RLK基因。系统发育树显示其与拟南芥LRR-RLK的进化保守性，其中IV和VII亚群在猕猴桃中显著扩张，分别占17.6%和12.1%。值得注意的是，调控茎尖分生组织的CLV1/BAM1等关键基因集中于IV-3亚群。

染色体分布与基因复制机制
基因定位分析显示LRR-RLK分布于29条染色体上，16号染色体分布最密集(16个基因)。共鉴定18对串联复制和63对片段复制基因，Ka/Ks分析表明这些基因承受强纯化选择，Acc22134/Acc26880基因对的Ka/Ks值最高(0.63)。

基因结构与蛋白特征
基因结构呈现亚群特异性，XII亚群所有成员均含10个内含子。蛋白分子量跨度达37.95-151.49kDa，92.5%含信号肽。VIII亚群特有的malectin-like结构域位于LRR区N端，与拟南芥抗病相关LRR-RLK结构相似。

功能注释与表达模式
GO分析显示LRR-RLK主要参与膜系统定位、分生组织维持和胁迫响应通路。表达谱揭示Acc21168等基因在果实成熟过程中表达持续上调，而根中高表达的Acc18038可能参与维管发育。

生物与非生物胁迫响应
Psa感染诱导抗病品种A. eriantha中49个基因上调，而感病品种A. chinensis呈现242个基因下调的"防御崩溃"模式。盐、热和水涝胁迫分别特异性诱导121、96和179个基因，其中34个基因响应所有三种胁迫。

该研究首次绘制了猕猴桃LRR-RLK基因家族的完整图谱，揭示了其在进化过程中的扩张机制和功能分化。特别重要的是，鉴定出的Psa胁迫响应基因Acc23789和Acc24017，其在不同品种中的相反表达模式为抗病育种提供了分子靶点。研究建立的基因-表型关联模型，不仅为解析猕猴桃环境适应机制提供了新视角，更为分子设计育种奠定了理论基础。这些发现对保障猕猴桃产业可持续发展具有重要实践价值，也为其他果树作物的抗逆研究提供了参考范式。