鹰嘴豆Ca2+依赖性CAMTA转录因子家族的全基因组鉴定及其在发育和非生物胁迫耐受中的调控机制

本研究首次系统鉴定了鹰嘴豆中7个Ca2+依赖性CAMTA转录因子家族成员，通过基因组学、蛋白结构建模和表达谱分析，揭示其在干旱、盐胁迫及ABA响应中的关键作用，并预测了含CGCG-box的1660个靶基因构成的调控网络，为培育抗逆鹰嘴豆品种提供重要靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，鹰嘴豆作为全球重要的豆类作物，其产量常因干旱、盐碱等非生物胁迫损失超60%。钙离子(Ca²⁺)作为关键第二信使，通过钙调素(CaM)结合转录激活因子(CAMTA)调控胁迫响应基因表达。尽管拟南芥等模式植物中CAMTA功能已有研究，但在鹰嘴豆这一重要豆科作物中仍属空白。Kamankshi Sonkar团队通过多组学方法填补了这一知识缺口。

研究采用BLAST和HMM模型从鹰嘴豆基因组鉴定出7个CaCAMTA基因，系统分析显示其蛋白含保守的CG-1 DNA结合域、ANK重复序列和IQ基序，其中CaCAMTA4/5通过YFP标记证实分别定位于核质双区与细胞核。启动子分析发现大量ABRE、MYB等逆境响应元件，与RNA-seq数据揭示的组织特异性表达模式相吻合。RT-qPCR证实CaCAMTA1/2/7在根中受干旱和盐胁迫显著诱导，而CaCAMTA4/5/6在种子成熟期高表达。通过CGCG-box motif预测出1660个靶基因构成的调控网络，包含DREB、RBOH等关键胁迫响应因子。

关键技术包括：1) 基于同源搜索和隐马尔可夫模型的基因家族鉴定；2) SWISS-MODEL和Phyre2蛋白三维结构预测；3) 烟草瞬时转化体系的亚细胞定位；4) 2kb启动子区顺式元件分析；5) 多组织RNA-seq与胁迫处理下的RT-qPCR验证。

主要结果：

1. 1.

   基因与蛋白结构特征：CaCAMTA含11-13个内含子，分为TIG型和非TIG型两类，三维结构显示典型的α螺旋-β折叠组合。

2. 2.

   进化分析：与大豆等豆科植物共进化，与单子叶植物分化明显，暗示功能保守性。

3. 3.

   表达模式：种子发育后期特异性高表达，胁迫下呈现器官特异性诱导，如CaCAMTA1在根中受ABA上调3.5倍。

4. 4.

   调控网络：预测靶基因涉及激素信号（如PYL4）、离子转运（PHO1）和ROS代谢（RBOH-A）等通路。

该研究首次揭示鹰嘴豆CAMTA家族通过Ca²⁺-CaM-CAMTA信号模块整合发育与胁迫响应的分子机制，为分子设计育种提供关键靶点。特别值得注意的是，CaCAMTA4/6在种子发育和胁迫响应中的双重功能提示其可作为提高产量与抗逆性的协同调控因子。研究成果发表于《Computational Biology and Chemistry》，为豆科作物抗逆机制研究树立新范式。