燕麦BZR转录因子家族全基因组鉴定及渗透胁迫响应机制研究

这篇研究通过全基因组分析系统鉴定了燕麦（Avena sativa）中14个Brassinazole-resistant（BZR）基因家族成员，揭示了其染色体分布、系统进化和结构特征。研究发现AsBZR基因启动子富含激素响应（如ABA、MeJA）和胁迫相关顺式元件，并通过片段重复事件进化。qRT-PCR证实AsBZR12在根、茎、叶中显著上调，亚细胞定位显示其定位于细胞核，为解析燕麦渗透胁迫（15% PEG 6000模拟）响应机制提供了关键候选基因。

　　

1 引言

油菜素内酯（BRs）作为植物固醇激素，通过BZR/BES1转录因子调控生长发育及逆境响应。燕麦作为耐逆性强的六倍体作物（AACCDD，2n=6x=42），其BZR家族功能尚未明确。研究基于燕麦参考基因组，结合BLASTP和HMM方法鉴定基因家族，并利用PEG 6000模拟干旱胁迫，探究AsBZR在渗透胁迫中的表达模式。

2 材料与方法

2.1 基因鉴定

从GrainGenes数据库获取燕麦基因组数据，以拟南芥（AtBZR）和水稻（OsBZR）序列为查询，通过Pfam、CDD和SMART验证BZR结构域。

2.2 进化与结构分析

使用MEGA 7.0构建邻接法系统进化树，MEME鉴定保守基序，TBtools可视化基因结构。启动子顺式元件通过PlantCARE预测。

2.3 表达分析

以品种"品燕8号"为材料，15% PEG 6000处理不同时间点（6-72 h），qRT-PCR检测根、茎、叶中AsBZR表达，AsActin为内参。

2.4 亚细胞定位

将AsBZR12-GFP融合载体通过农杆菌（GV3101）瞬时转化本氏烟草，共定位核标记NLS-mCherry，激光共聚焦观察。

3 结果

3.1 基因特征

鉴定14个AsBZR基因，编码322-685个氨基酸，等电点5.36-9.45，均含核定位信号。染色体分布显示基因不均匀分布于12条染色体，6号同源群含4个基因。

3.2 进化分组

系统发育分为3组：Group I（8成员）含特有基序2，Group III（4成员）含基序4/6/7。基因结构显示Group I/II含1个内含子，Group III含9-10个外显子。

3.3 顺式元件

启动子含大量激素响应元件（ABRE、MeJA-box）及胁迫相关元件（低温、缺氧响应），暗示其参与多重应激调控。

3.4 扩张机制

共鉴定19个片段重复事件，Ka/Ks值0.00-0.38表明纯化选择驱动进化。与小麦（TaBZR）共线性强于水稻，反映近缘关系。

3.5 表达模式

AsBZR12在根（24 h上调4.5倍）、叶（48 h达峰）和茎中持续高表达。亚细胞定位证实其核定位特性。

4 讨论

燕麦BZR家族扩张与六倍体化事件相关，AsBZR12的跨组织胁迫响应提示其核心调控作用。与小麦TaBZR7同源基因的保守性为分子设计育种提供靶点。未来需通过基因编辑验证AsBZR12功能，解析其下游网络。

5 结论

研究首次揭示燕麦BZR家族的系统特征，明确AsBZR12为渗透胁迫关键应答因子，为燕麦抗逆遗传改良奠定理论基础。