三叶木通转录因子组的全基因组与多转录组解析揭示其复杂调控策略

这篇综述系统鉴定了三叶木通（Akebia trifoliata）1602个转录因子（TF），涵盖56个家族，通过DBD同源匹配、染色体分布、基因结构、蛋白特性及结合基序（TFBM）分析，结合90个RNA-seq样本的共表达网络，揭示了TF家族进化保守性、协同互作（如bHLH-MYB二聚体）及自调控机制（如BBR-BPC反馈环），为木本植物转录调控层级和园艺模型研究提供新见解。

　　

1 引言

转录因子（TF）作为基因表达调控的核心元件，其功能协同性在真核生物中尤为突出。三叶木通作为兼具药用与园艺价值的基础真双子叶植物，其小型基因组（675 Mb）和丰富RNA-seq数据为解析TF调控网络提供理想模型。早期研究虽涉及Dof、NAC等单一家族，但跨家族互作与系统功能策略仍属空白。

2 材料与方法

基于PlantTFDB v5.0的DBD同源扫描，从参考基因组（PRJNA671772）鉴定出1602个TF，通过TBtools分析染色体分布、基因复制事件（WGD/分散/串联复制）及Ka/Ks选择压力。利用33个拟南芥ChIP-seq数据集推导TFBM，通过FIMO扫描启动子区短回文序列（≥6 bp）预测二聚体互作。整合90个多组织RNA-seq样本（包括果皮、种子、叶片）进行WGCNA模块分析与变异位点检测。

3 结果

3.1 TF组成与进化特征

56个TF家族中，bHLH（168）、MYB（126）和ERF（109）为最大家族，而LFY和STAT仅含单成员。染色体分布显示10.4% TF富集于3号染色体，与染色体长度显著相关（R=0.978）。基因复制以WGD/片段复制为主（59.7%），Ka/Ks值多<1（如bHLH平均0.24），表明强纯化选择。值得注意的是，GRAS1-GRAS29基因对Ka/Ks达2.344，提示局部正选择。

3.2 结构变异与功能注释

基因长度差异显著（305 bp~80.2 kb），MIKC_MADS家族平均最长（17.2 kb）。68.9% TF定位于细胞核，而GeBP等6家族完全无核定位信号。GO注释显示96.8% TF参与生物调控（GO:0065007），KEGG富集于植物激素信号（Ko04075，含82个TF）。MYB家族独有运动功能注释（GO:0040011），揭示功能分化。

3.3 调控网络特性

43.9% TF（704个）获得331个TFBM，其中GRAS和Dof家族结合位点在结构基因（SG）启动子出现频率最高（>12,000次/家族）。145个TF（如MIKC_MADS）携带自身启动子TFBM，暗示自调控反馈。共表达网络识别11个模块，如紫色模块（WRKY-MYB）特异性高表达于果皮，显著富集生物胁迫响应功能。

3.4 协同互作机制

基于TFBM回文结构鉴定9,832对潜在二聚体，63.1%为跨家族互作（如BES1-LFY）。ERF、bHLH等家族内互作强度与家族规模正相关（R=0.711），而1,036对共表达关系中，476对集中于turquoise模块，调控种子发育相关通路。

4 讨论

三叶木通TF工具箱通过四重策略实现高效调控：1）结构分化（如STAT家族CDS变异率1.77×10^-3）；2）功能多效性（单个CPP5调控12,308个SG）；3）组织特异性表达（146个TF平均TPM<1）；4）层级调控（BBR-BPC自调控位于网络顶层）。该研究为木本植物适应性进化与分子设计育种提供理论框架。

5 结论

本研究首次系统揭示三叶木通TF组的全基因组图谱，阐明其通过复制分化、协同互作与反馈调控形成的精密调控层级，为 perennial horticultural 植物研究建立新范式。