《Phytochemistry》：Genome-wide identification of the fibrillin gene family and functional analysis of
CsFBN1 and
CsFBN4 in
Camellia sinensis (L.) Kuntze
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研究鉴定了茶树中14个纤连蛋白基因（CsFBNs），系统发育分析揭示其分属10个亚家族，包含PAP域及独特结构域。CsFBN1和4在成熟叶中高表达，并显著响应干旱、遮荫、盐胁迫及ABA处理。亚细胞定位显示大部分CsFBN定位于叶绿体。VIGS沉默CsFBN1和4导致叶绿体小球数量和面积减少，但叶片表型无显著变化，为功能研究提供基础。
尹泽毅|刘宇波|黄大宇|王世梅|姚德祥|杨淼淼|姜一和|卢立堂|李彤
茶叶科学学院/教育部山区植物资源保护与种质创新重点实验室/贵州大学植物健康与医学研究所，贵阳市550025，中国
摘要
纤维蛋白（FBNs）是一类与脂质代谢相关的蛋白质，定位于质体小泡（PGs）中，参与植物的多种生理过程，包括应激反应、生长和发育。在本研究中，从茶树（Camellia sinensis (L.) Kuntze）基因组中鉴定了14个CsFBN基因，系统发育分析表明这些CsFBNs分布在10个亚家族中。所有CsFBN蛋白都含有PAP结构域，而CsFBN2b、CsFBN11a和CsFBN11b还含有其他独特的结构域。转录组分析显示CsFBN1和CsFBN4在老叶中高表达，并且其表达量随叶片成熟度增加。在干旱处理下，CsFBN1、CsFBN2a、CsFBN2c和CsFBN9的表达显著上调，尤其是CsFBN1。在遮荫和盐胁迫条件下也观察到了CsFBN1的显著转录响应。脱落酸（ABA）处理后，大多数CsFBN基因的表达也显著上调。亚细胞定位分析表明，大多数CsFBN蛋白位于叶绿体中。随后通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术抑制了CsFBN1和CsFBN4的表达，但在沉默植株中未检测到明显的叶片表型变化。然而，在CsFBN1被沉默的叶片中观察到质体小泡的大小和数量有所减少，其中一个CsFBN1被沉默的品系（pTRV2-CsFBN1-n）的总质体小泡面积显著降低。抑制CsFBN4也显著减少了茶叶片中的质体小泡数量和总面积。这些结果为进一步研究FBNs在植物叶片发育和抗逆性中的功能提供了基础。
引言
质体小泡（PGs）是位于叶绿体类囊体膜上的小球形结构，首次发现于1952年（Wolken和Palade，1952）。后续研究表明，PGs是由单层疏水性磷脂包围的脂蛋白结构（Austin等人，2006），它们通过叶绿体外包膜的内陷或起泡形成（Kessler和Vidi，2007）。PGs富含中性脂质，如生育酚、类胡萝卜素和质体醌（Steinmüller和Tevini，1985），并含有许多参与脂质合成的酶（Bréhélin等人，2007）。纤维蛋白家族（FBNs）是叶绿体PGs中最丰富的蛋白质成分，约占PG总蛋白的53%（Lundquist等人，2012）。
FBNs，也称为质体球蛋白（PGLs），最初于1994年从甜椒的质体中分离出来（Deruère等人，1994）。FBNs存在于多种叶绿体亚结构中，包括叶绿体基质、类囊体膜和质体团（Singh和McNellis，2011）。最初认为它们是结构蛋白，但后来的研究揭示了它们在高等植物中的脂质代谢作用（Bréhélin和Kessler，2008）。FBNs广泛分布于藻类和高等植物中，被分为12个组。第1、2、7和11组被认为仅存在于高等植物中，而第12组仅在低等藻类中发现，其余组在植物和藻类中具有保守性（Kim和Kim，2022）。FBNs具有多种生物学功能，包括调节脂蛋白颗粒的形成、参与光合作用过程以及响应非生物和生物胁迫。例如，有研究表明FBNs可以在体外重建纤维结构（Deruère等人，1994），纯化的甜椒FBN与类胡萝卜素一起孵育时可以促进含色素纤维的组装（Solymosi和Schoefs，2010）。在苹果中，RNAi介导的FIB4表达降低与叶绿体中PG性质的改变相关，在臭氧胁迫下fib4突变体的PG数量增加（Singh等人，2010）。在烟草中，Capsicum annuum L.的FBN1过表达增加了叶绿体中的PG数量（Rey等人，2000）。在Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.中，高光照处理后FBN1a和FBN4在PSII光捕获复合体蛋白组中被检测到（Galetskiy等人，2008），而在抗坏血酸缺乏突变体vtc2-2的类囊体蛋白组中FBN1a、FBN1b、FBN2、FBN4和FBN7a的丰度增加（Giacomelli等人，2006）。FBN5被报道与茄酮基二磷酸合成酶SPS1和SPS2相互作用，支持光保护性抗氧化剂PQ-9的生物合成（Kim等人，2015）。FBN1a、FBN1b和FBN2的光保护作用还通过与茉莉酸（JA）生物合成的关系得到进一步证实（Youssef等人，2010），FBN1a还通过调节ABA响应调节因子ABI1和ABI2参与光保护（Yang等人，2006）。据报道，FBN11的表达受水杨酸（SA）诱导但被茉莉酸抑制，这与其在抗病性和抗逆性中的作用一致（Choi等人，2021）。此外，FBN1b和FBN4的下调与病原菌感染的易感性增加有关（Cooper等人，2003；Singh等人，2010）。
茶树（Camellia sinensis (L.) Kuntze）是一种长期栽培的经济作物，分布广泛，含有多种内部成分，如茶多酚、咖啡因、茶氨酸、类胡萝卜素等。这些成分具有多种生理功能，如刺激中枢神经系统和心脏、降低血脂以及抗菌和抗氧化作用（Cheng等人，2023；Liu等人，2024a；Luo等人，2024）。FBN基因家族对植物生长、发育和抗逆性至关重要（Jiang等人，2020）。已在多种物种中对FBN家族进行了系统研究，包括Solanum lycopersicum L.（Sun等人，2022）、Oryza sativa L.（Li等人，2020a）、Cicer arietinum L.（Pandey等人，2023）和Glycine max (L.) Merr.（Zafer等人，2023）。然而，FBNs在茶树中的具体作用尚不清楚。本研究从茶树基因组中鉴定了14个纤维蛋白基因家族（CsFBNs）成员，分析了保守的结构域和基序，并确定了它们的染色体定位和顺式作用元件。研究了CsFBNs在不同组织（顶芽、花、果实、幼叶、成熟叶、老叶、根、茎）和发育阶段（芽、第一叶、第二叶、第三叶、第四叶）以及在不同胁迫条件（干旱、盐胁迫、遮荫、寒冷）和ABA处理下的表达谱。此外，还利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术评估了CsFBN1和CsFBN4在质体小泡形成中的作用。这些数据为进一步阐明FBNs在茶树中的功能提供了基础。
章节片段
从茶树中鉴定FBN基因家族成员并进行系统发育分析
从茶树基因组数据库中鉴定了14个FBN基因家族成员，分别命名为CsFBN1至CsFBN14。表1显示，这些基因的开放阅读框（ORF）长度范围为666至2040 bp，编码的肽链含有221–679个氨基酸。预测的分子量和等电点（pI）分别为24.71至76.62 kDa和4.22至9.69。不稳定指数范围为16.12至53.25。
结论
本研究从茶树中鉴定了14个CsFBN基因，并对其进行了生物信息学分析。在CsFBN2b、CsFBN11a和CsFBN11b中检测到了额外的结构域。研究了CsFBNs在不同组织和非生物胁迫条件下的表达情况。大部分CsFBNs在芽和成熟叶中的表达量较高，并且其表达量随叶片成熟度增加。CsFBN1
茶树材料和处理
茶树品种‘Longjing 43’、‘Baiye 1’和‘Shuijingbai’在贵州大学进行田间种植，并在人工气候室中培养（光照12小时/25°C，黑暗12小时/20°C，相对湿度60%–70%）。为了进行组织特异性表达分析，从一年生‘Longjing 43’幼苗中收集了芽、第二至第三叶和成熟叶。对于干旱处理，将一年生‘Baiye 1’幼苗维持在人工气候室中（光照12小时/25°C）。
CRediT作者贡献声明
卢立堂：方法学研究。李彤：写作、审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。杨淼淼：实验研究。姜一和：方法学研究、实验研究。王世梅：方法学研究、实验研究。姚德祥：实验研究。刘宇波：方法学研究、实验研究。黄大宇：实验研究。尹泽毅：初稿写作、方法学研究、实验研究、数据管理
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：32460784）；贵州省基础研究计划（自然科学）（qiankehejichu-MS [2025] 647）；贵州大学自然科学专项科学研究基金项目（Guida Tegang Hezi）（[2023]34）的支持。
