甜樱桃醛酮还原酶基因家族(PaAKRs)鉴定及其在非生物胁迫响应中的关键作用解析

本研究针对甜樱桃(Prunus avium L.)在土壤盐碱化和气候胁迫下的适应机制难题，通过生物信息学手段系统鉴定了38个醛酮还原酶基因(PaAKRs)，揭示其进化分化为5个亚家族的特征。研究人员采用PEG6000(干旱)、NaCl(盐)和ABA(激素)三重胁迫处理，发现PaAKR3/6/10/12/17/24/28/34等8个核心基因显著响应所有胁迫，其启动子含ABRE/MBS等应激元件，为蔷薇科作物抗逆育种提供新靶点。

　　

随着甜樱桃栽培区域向我国西北高海拔地区扩展，土壤盐碱化和低温干旱等环境胁迫严重制约果实品质与产量。作为蔷薇科重要经济作物，甜樱桃缺乏系统的抗逆基因资源挖掘，特别是参与代谢调控的醛酮还原酶(Aldehyde-keto reductase, AKR)基因家族尚未被解析。这类基因在番茄、苜蓿等植物中已被证实能通过清除活性氧(ROS)和调控脱落酸(ABA)信号通路增强抗逆性，但甜樱桃AKR家族如何响应多重胁迫仍是未解之谜。

甘肃农业大学园艺学院的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究填补了这一空白。通过全基因组扫描和HMMER分析，首次鉴定出38个PaAKR基因，其编码蛋白的等电点(pI)跨度达5.19-9.76，亚细胞定位预测显示主要分布于叶绿体(chlo)和细胞质(cyto)。系统进化树将其与拟南芥AKR共同划分为5个亚家族，其中D亚家族含15个PaAKRs且7个基因(P<0.05)在三重胁迫下显著上调。研究采用15% PEG6000、200 mmol·L^-1 NaCl和100 μmol·L^-1 ABA处理试管苗，通过qRT-PCR动态监测发现：

Phylogenetic analysis

染色体定位显示68.4%基因富集于chr_1/chr_6，串联重复事件(如PaAKR1-PaAKR30)驱动家族扩张。Motif分析发现所有成员均含保守的Motif4，而胁迫响应基因特含Motif2/5，提示功能分化。

Expression patterns

PEG6000处理12h时PaAKR3表达量激增至对照23.21±1.53倍，但48h回落，呈现典型"快速响应-稳态调节"模式。NaCl胁迫下PaAKR28持续高表达，而ABA诱导的PaAKR17含9个ABRE顺式元件，印证激素调控特异性。

Codon bias

ENc值(42.01-61)反映PaAKRs密码子偏好性较弱，但胁迫响应基因的GC3s(0.335-0.593)与表达量显著相关(P<0.01)，如高表达的PaAKR5含59.3% GC3s。

该研究通过构建pCAMBIA2300-GFP-PaAKR28载体验证其核定位，揭示AKR可能通过核内转录调控参与应激反应。局限性在于未进行基因编辑验证，未来需通过CRISPR/Cas9敲除PaAKR28等基因明确其功能。研究为蔷薇科作物抗逆育种提供候选基因库，特别对解决我国西北地区甜樱桃栽培的盐碱胁迫难题具有应用前景。