《BMC Genomics》：Characterization and expression analysis of UBC gene family provide insights into the potential roles in pigment biosynthesis in pepper fruit
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背景：泛素结合酶（UBCs）是泛素-蛋白酶体途径的关键部分，在辣椒（Capsicum annuum L.）的生长、发育和非生物胁迫应答中发挥多种作用。尽管UBC基因已在多个植物物种中被报道，但在辣椒中该基因家族的全基因组特征描述仍未被探索。结果：在本研究中，研
背景：泛素结合酶（UBCs）是泛素-蛋白酶体途径的关键部分，在辣椒（Capsicum annuum L.）的生长、发育和非生物胁迫应答中发挥多种作用。尽管UBC基因已在多个植物物种中被报道，但在辣椒中该基因家族的全基因组特征描述仍未被探索。结果：在本研究中，研究人员在辣椒中鉴定出56个推定的CaUBCs，基于系统发育分析将其聚类为11个组，包括泛素E2酶变体（UEV）、SOMO（HUS）和COP10。每个亚组内的CaUBCs具有相对保守的域和模体。大多数CaUBC基因含有大量光或胁迫响应元件。qRT-PCR分析表明，CaUBCs在果实发育过程中的果皮和胎座中表达模式各异，同时对光/暗转换和低温处理也有不同响应。在一个天然开放授粉群体中，研究人员观察到CaUBC33/43与叶绿素生物合成基因CaCPOX之间，以及CaUBC33与Ca06g24560（r=0.7531，p<0.0001）或Ca00g64500（r=0.6287，p<0.0001）之间均存在强关联。这些发现表明蛋白质泛素化途径参与辣椒果实色素代谢。本研究为CaUBC基因在色素生物合成中的功能角色提供了关键见解，并为调控色素稳态的分子机制奠定了坚实基础。结论：UBC E2连接酶的全基因组分析为UBC基因的功能研究提供了重要的基因组资源，并对辣椒分子育种具有重要意义。
泛素-蛋白酶体系统（UPS）是真核生物中关键的蛋白质降解途径，泛素结合酶（UBC）作为E2酶在泛素级联反应中起核心作用。UBC基因在植物生长发育、非生物胁迫响应及代谢调控中发挥重要功能，已在拟南芥、番茄、小麦等物种中进行了全基因组鉴定，但在辣椒（Capsicum annuum L.）中该基因家族的系统分析尚属空白。辣椒是全球广泛种植的茄科蔬菜，果实颜色是重要品质性状，但UBC家族在辣椒果实色素代谢中的角色未知。因此，本研究旨在系统鉴定辣椒UBC基因家族，分析其进化特征和表达模式，并探讨其在色素生物合成中的潜在作用。该研究发表于《BMC Genomics》。
研究人员采用生物信息学和分子实验相结合的方法，鉴定并分析了辣椒UBC基因家族。通过BLASTp搜索辣椒基因组，经SMART域验证获得56个CaUBC基因。使用MAFFT比对、IQ-TREE构建系统发育树，PlantCARE预测顺式元件。利用自然开放授粉群体（NOS，由大方皱椒和毕节线椒杂交获得，约120株，果实颜色丰富变异）为样本，采集果实不同发育阶段（10、20、30、40、50 DPA）以及在光暗转换和低温（20℃）处理（0、1、12 h）下的果皮和胎座，提取RNA进行qRT-PCR（β-ACTIN为内参）。采用非参数Spearman相关分析评估CaUBC与色素合成基因及U-box E3基因的关联。
研究结果如下：
（1）辣椒UBC基因的筛选与鉴定：通过BLASTp比对和域验证，鉴定出56个CaUBC基因，不均匀分布在12条染色体上，蛋白长度从89 aa到1154 aa，等电点4.47-9.70，内含子数目变异大，但同一系统发育组内结构保守。
（2）系统发育与基序分析：基于56个CaUBC、48个AtUBC和52个SlUBC构建的系统发育树将UBC蛋白分为11组（UBC I-XI），包括UEV组、HUS组和COP10组。每组内CaUBC共享相似的保守基序，Motif 1高度保守。
（3）顺式作用元件分析：启动子区域共鉴定到520个光响应元件（G-box、GT1-motif等），以及大量冷、干旱胁迫响应元件和激素响应元件，表明CaUBCs可能受多种环境因子调控。
（4）辣椒果实发育中CaUBC基因的表达分析：qRT-PCR显示，CaUBCs在果皮和胎座中表达模式多样。部分基因（CaUBC10、18、24、31、38、43、45）在两组织中持续下调；CaUBC11持续上调；CaUBC16在果皮中上调而在胎座中下调，呈现组织特异性。多个基因在50 DPA的果皮中显著上调。
（5）不同光照强度和温度下的表达模式：光暗转换和20℃低温处理下，大多数CaUBC基因在果皮或胎座中下调；仅CaUBC31和CaUBC24在两组织同时上调。部分基因在果皮和胎座中表达趋势相反，表明功能复杂性。
（6）CaUBC与色素生物合成基因的共表达分析：在NOS群体中，CaUBC33和CaUBC43与叶绿素合成基因CaCPOX呈显著正相关（CaUBC33/CaCPOX r=0.6829，p<0.001；CaUBC43/CaCPOX r=0.6340，p<0.0001），且CaUBC33与两个U-box E3基因Ca06g24560（r=0.7531，p<0.0001）和Ca00g64500（r=0.6287，p<0.0001）显著相关，提示这些蛋白可能形成复合物调控叶绿素合成和果实颜色。
讨论部分总结：研究人员讨论了UBC基因家族的进化动态，指出辣椒CaUBC数量（56）与番茄（59）相近，但低于草莓、小麦等，表明基因家族扩张与基因组大小无线性关系，可能受片段或串联重复驱动。表达模式显示辣椒与番茄、葡萄等园艺作物存在物种特异性分化，例如番茄中部分SlUBC在绿熟期高表达后下降，而辣椒中多数CaUBC在绿熟期表达降低后上升。在光、温度响应方面，不同物种E2基因变化模式不同，进一步支持功能分化。关于色素调控，番茄RIN直接调控E2基因影响果实颜色，辣椒同源基因CaUBC32/35与番茄类似表达模式，提示保守机制。本研究利用NOS群体发现CaUBC33/43与CaCPOX强关联，且CaUBC33是草莓FaUBC76的同源物（后者参与花青素合成），推测CaUBC33可能负调控叶绿素合成。结合CaUBC33与U-box E3基因的共表达，研究人员基于数据假设CaUBC33/43可能通过与E3连接酶互作调控CaCPOX活性或表达，从而影响果实颜色。但上述结果基于生物信息学和关联分析，需要后续功能验证。
结论：本研究在辣椒中鉴定并系统表征了56个UBC基因，包括染色体定位、顺式元件、保守基序、系统发育、qRT-PCR表达谱、共表达分析及潜在互作蛋白。系统发育树将CaUBCs分为11组，各组结构保守。启动子富含光、激素和胁迫响应元件。CaUBCs在果实发育和不同处理下呈现多样的表达模式。利用NOS群体的关联分析表明，CaUBC33和CaUBC43的表达水平分别与叶绿素合成基因CaCPOX强关联，且CaUBC33与Ca06g24560（r=0.7531，p<0.0001）和Ca00g64500（r=0.6287，p<0.0001）显著相关。这些结果表明蛋白质泛素化途径参与辣椒果实颜色形成。该研究为CaUBC基因的功能分析奠定了基础。
