水稻RWP-RK转录因子家族的全基因组分析揭示其在氮响应中的关键作用

这篇综述通过全基因组分析系统鉴定了水稻中13个RWP-RK转录因子基因（含14个蛋白变体），揭示了其结构特征、系统发育关系及在氮信号响应和配子体发育中的双重功能。研究通过染色体定位、蛋白结构域（如RWP-RK/PB1域）分析和表达谱验证，阐明NLP亚家族（OsNLP1-6）广泛参与氮代谢调控，而RKD亚家族（OsRKD1-9）特异性调控生殖发育，为作物氮高效利用和遗传改良提供理论框架。

　　

1 Introduction

氮素作为植物必需元素，其吸收效率直接影响水稻产量。RWP-RK转录因子家族凭借保守的RWP-RK结构域，在氮信号传导和生殖发育中发挥核心作用。该家族分为NLP（NIN-like proteins）和RKD（RWP-RK domain proteins）两个亚家族：前者含RWP-RK、PB1和GAF-like结构域，主导硝酸盐响应基因激活；后者仅含RWP-RK域，调控配子形成。水稻中该家族的功能研究尚存空白，亟需系统性解析。

2 Materials and methods

研究采用生物信息学与实验验证结合的策略。通过Pfam数据库的HMM模型筛选水稻基因组，经NCBI-CDD验证获得13个基因（含OsNLP5两个剪接变体）。利用Mafft和Fasttree构建系统发育树，TBtools分析染色体分布与共线性，MEME预测保守基序，AlphaFold模拟蛋白3D结构。启动子顺式元件通过PlantCARE鉴定，表达谱数据来自Rice Gene Annotation Project，氮响应实验采用qRT-PCR检测ZH11品种根系转录动态。

3 Result

3.1 基因鉴定与分类

共鉴定14个OsRWP-RK蛋白，CDS长度从699 bp（OsRKD6）至2829 bp（OsNLP1），分子量27.4-104.7 kDa。系统发育分析将其分为4组：Group1-3为NLP亚家族（如OsNLP1-6），Group4为RKD亚家族（如OsRKD1-9）。亚细胞定位显示10个蛋白定位于核内，OsRKD3/9呈现核质穿梭特征。

3.2 结构与进化特征

NLP蛋白具有更复杂的3D结构，含N端核心域和C端RWP-RK/PB1域（图3）。共线性分析发现水稻内部（如OsRKD5-OsRKD6）及与拟南芥（如OsNLP3-AtNLP7）存在4对同源基因，暗示共同祖先起源。

3.3 表达模式

OsNLP在根系高表达（TPM>10），而OsRKD在花序特异性富集（图6）。氮饥饿恢复实验显示OsNLP1/3/6和OsRKD1/3/5呈现快速响应峰（10分钟），OsNLP3则表现延迟上调（60分钟），暗示时序调控差异（图7）。

3.4 调控元件

启动子区富含CAAT-box、光响应元件（G-box）及逆境响应元件（MYC/MBS），OsNLP4含12个ABA响应元件（ABRE），与胁迫应答潜在相关。

4 Discussion

研究揭示了OsRWP-RK家族的功能分化：NLP亚家族通过PB1域形成蛋白互作网络，调控硝酸盐转运基因（如OsNRT2.1）；RKD亚家族可能通过PLN03077域（OsRKD5）参与胚胎发生。与拟南芥AtNLP7不同，OsNLP3的核质穿梭受硝酸盐特异性诱导，反映单子叶植物调控特异性。

5 Conclusion

该研究为水稻氮高效品种设计提供候选靶点（如OsNLP1/3），同时阐明RKD成员在生殖发育中的保守性。未来需通过基因编辑验证OsRKD3诱导体细胞胚胎发生的分子机制，并解析PB1域在氮信号级联中的具体作用。