肉桂（Cinnamomum burmannii）JAZ基因家族全基因组鉴定及JA/ABA/干旱胁迫响应表达与精油积累关联分析

《Plant Direct》：Genome-Wide Identification and Stress-Responsive Expression of the JAZ Gene Family in Cinnamomum burmannii

　　

茉莉酸ZIM结构域（JASMONATE ZIM-DOMAIN，JAZ）蛋白是茉莉酸（jasmonate，JA）信号的核心抑制因子，调控植物发育、胁迫适应性和次生代谢。尽管芳香树种Cinnamomum burmannii具有经济和生态重要性，但其JAZ家族尚未被系统研究。研究人员开展了全基因组调查，鉴定出12个CbJAZ基因，均含有保守的TIFY和Jas结构域，并 unevenly 分布于7条染色体。系统发育重建将其归入4个进化支，各支均呈现保守的外显子-内含子结构和基序组成。片段重复事件主要驱动该家族扩张。启动子顺式元件分析揭示丰富的激素、光和胁迫响应基序。组织特异性表达谱显示大多数CbJAZ转录本在花和果实中优先积累。外源茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）处理后，大多数CbJAZ基因显著诱导，而脱落酸（abscisic acid，ABA）和干旱胁迫通常抑制其表达。值得注意的是，CbJAZ8和CbJAZ9成为对三种处理均稳健响应的基因，其编码蛋白定位于细胞核，表明它们是未来研究JA、ABA和干旱信号交叉互作及精油生物合成潜在调控因子的候选基因。该研究首次对CbJAZ家族进行综合表征，不仅提供宝贵的遗传资源，还确定CbJAZ8和CbJAZ9作为未来研究该经济树种JA介导胁迫适应和精油调控的主要候选基因。

研究背景：Cinnamomum burmannii为樟科常绿芳香树种，树皮、叶和根富含精油及萜类挥发物，D-龙脑等成分具抗炎、抗菌和透皮促药作用，但常规栽培下天然精油含量较低，精油生物合成调控机制尚不明确。JAZ（JASMONATE ZIM-DOMAIN，茉莉酸ZIM结构域）蛋白是茉莉酸（jasmonate，JA）信号核心负调控因子，通过保守TIFY和Jas结构域与MYC2等转录因子互作，并在胁迫下经SCF^COI介导泛素化降解；JAZ还整合脱落酸（abscisic acid，ABA）等激素信号，并在多种植物中连接JA信号与次生代谢。尽管JAZ家族已在拟南芥、杨树、水稻、番茄等植物中系统研究，但C. burmannii的JAZ家族尚未系统鉴定，JAZ在萜类及精油生物合成中的作用也未探索。因此，研究人员开展全基因组鉴定及组织、MeJA、ABA和干旱处理下的表达分析，以提供候选基因和遗传资源。该研究首次系统表征CbJAZ家族，为解析JA介导的胁迫适应和精油代谢调控提供基础。

关键技术方法：以中国佛山植物园三年生克隆C. burmannii为材料，采集根、幼茎、叶S1–S4、花和果；叶组织在100 μM MeJA、100 μM ABA和20%（w/v）聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）6000模拟干旱下于0、6、12、24 h取样。采用BLASTp和HMMER结合CDD/InterPro全基因组鉴定JAZ；用MEGA构建邻接法和最大似然法系统发育树，MEME/TBtools分析基序、基因结构和共线性；PlantCARE分析启动子顺式元件；实时定量PCR（quantitative real-time PCR，qRT-PCR）以RPS15为内参、2^?ΔΔCt法检测表达；CbJAZ8/9-GFP烟草瞬时表达定位；水蒸气蒸馏测定精油含量；采用单因素方差分析、Dunnett多重比较和Pearson相关分析。

研究结果：
3.1 CbJAZs家族全基因组鉴定：通过BLASTp、HMMER及保守结构域验证，从C. burmannii基因组鉴定12个CbJAZ基因（CbJAZ1–CbJAZ12），均含TIFY和Jas结构域；蛋白长度117–392 aa，CDS长度354–1179 bp，分子量13.08–41.67 kDa，等电点（pI）8.78–9.91，均大于7，为碱性蛋白；不稳定指数均大于40，总平均亲水性（GRAVY）均为负值，预测均定位于细胞核，CbJAZ7蛋白最长且分子量最高。
3.2 多序列比对与系统发育分析：蛋白比对显示TIFY和C端Jas结构域高度保守；邻接法系统发育树将12个CbJAZ分为4个亚组，Group IV含5个成员，Group II仅CbJAZ10，Group I和III各3个，与拟南芥JAZ分组一致；多数CbJAZ与杨树JAZ更近。
3.3 基因结构与保守结构域特征：MEME鉴定10个保守基序，Motif 1对应Jas（CCT_2）结构域，Motif 2对应TIFY结构域，均存在于12个蛋白；同一亚组基序组成相似；外显子数为3–8，基因结构与系统发育亚组基本一致；8/12个CbJAZ含保守Phase 2 Jas内含子，位于Arg20密码子，其余4个缺失。
3.4 染色体分布与基因复制：12个CbJAZ不均匀分布于7条染色体（Chr01、Chr02、Chr03、Chr04、Chr07、Chr10、Chr12）；鉴定7对片段重复，未检测到串联重复，片段重复为主要扩张动力；与P. trichocarpa、A. thaliana、O. sativa分别检测14、12、9对同源JAZ基因对，共线连接分别为8、8、4个；CbJAZ2和CbJAZ11在所有三个比较物种中均有直系同源共线块。
3.5 启动子顺式调控元件鉴定：PlantCARE分析2 kb上游序列，顺式元件分为光响应、激素响应、胁迫响应和生长发育相关四类；光响应元件最多，G-box最常见且存在于每个CbJAZ启动子；激素响应元件居第二，含MeJA响应元件（CGTCA/TGACG）、ABRE、GA、生长素和SA响应元件，ABRE存在于全部12个启动子；胁迫相关元件包括ARE、MBS、LTR和TC-rich repeats；发育相关元件包括CAT-box、O2 site、circadian、RY-element和GCN4_motif。
3.6 不同组织表达模式：qRT-PCR检测8个组织，CbJAZ表达具明显组织特异性并分为三类：CbJAZ1、CbJAZ6、CbJAZ7、CbJAZ8、CbJAZ9和CbJAZ11在花中最高、果中较高、营养组织较低；CbJAZ2和CbJAZ10呈组成型表达，叶发育全程稳定高；CbJAZ3、CbJAZ4、CbJAZ5和CbJAZ12基础表达低，仅在特定叶发育阶段瞬时上调。
3.7 激素和干旱胁迫响应表达：MeJA处理下9个CbJAZ上调，CbJAZ1、CbJAZ4、CbJAZ6、CbJAZ7、CbJAZ8、CbJAZ9和CbJAZ10先升后降，CbJAZ8和CbJAZ9在6 h诱导超过15倍；ABA处理下CbJAZ1、CbJAZ7、CbJAZ8、CbJAZ9和CbJAZ10早期显著抑制后恢复；PEG模拟干旱下仅CbJAZ1在6 h显著诱导，CbJAZ2、CbJAZ4、CbJAZ7、CbJAZ8、CbJAZ9、CbJAZ10、CbJAZ11和CbJAZ12不同程度抑制；CbJAZ8和CbJAZ9对三种处理均显著响应。
3.8 CbJAZ8和CbJAZ9蛋白亚细胞定位：构建CbJAZ8-GFP和CbJAZ9-GFP并在烟草表皮细胞瞬时表达，共聚焦显微观察显示GFP信号与mCherry核标记信号完全重叠，验证二者为核定位蛋白，与WoLF PSORT预测一致。
3.9 CbJAZs表达与精油含量相关性：MeJA处理后精油含量0–6 h增加，6 h达峰值，12和24 h下降；Pearson相关分析显示CbJAZ7（r=0.98，p=0.02）、CbJAZ8（r=0.96，p=0.04）和CbJAZ9（r=0.97，p=0.03）与精油含量显著相关，CbJAZ9相关系数最高。

讨论部分总结：讨论指出CbJAZ家族含12个成员，数量与拟南芥和番茄相近，少于马铃薯等扩张家族；CbJAZ与杨树JAZ亲缘更近；片段重复而非串联重复主导家族扩张，重复基因优先保留；CbJAZ2和CbJAZ11深保守，可能为核心JA信号组分。启动子中G-box可能整合光和JA信号，ABRE普遍存在；MeJA诱导多数CbJAZ、ABA和干旱抑制其表达，形成JA-ABA拮抗模式；CbJAZ8和CbJAZ9强响应且核定位，被提出为JA-ABA-干旱交叉互作候选基因。组织表达的花/果偏倚及叶发育阶段特异提示其参与生殖发育和叶相关萜类/精油过程，但作者强调结论主要基于表达谱和相关性分析，直接功能证据尚待蛋白互作和遗传研究验证。

研究结论（译）：通过全基因组鉴定，研究人员首次从C. burmannii获得12个CbJAZ基因，均含保守TIFY和Jas结构域。CbJAZ家族扩张主要由片段重复驱动，12个成员中产生7对重复基因，未观察到串联重复事件。跨物种共线性揭示CbJAZ2和CbJAZ11在双子叶和单子叶植物中深度保守。启动子顺式元件分析显示大量激素和胁迫相关基序，表达谱显示大多数CbJAZ基因对MeJA正响应、对ABA和干旱负响应。其中，CbJAZ8和CbJAZ9成为可能参与JA-ABA拮抗交叉互作的候选基因。组织特异性表达进一步揭示大多数CbJAZ成员花和果实偏倚表达，并在叶发育中呈阶段特异表达，提示其可能参与生殖发育和叶相关生理过程。这些发现为未来CbJAZ基因功能解析提供基础，并为C. burmannii胁迫响应机制和精油代谢调控研究提供候选基因资源。需要指出，该研究结论主要基于表达谱和相关性分析，CbJAZ8和CbJAZ9参与JA-ABA-干旱交叉互作的直接功能证据尚待未来研究建立。