马铃薯核心MADS-box转录因子进化特性与功能预测

　　

摘要：

目的 MADS-box转录因子家族广泛参与植物的生长发育、花器官形成等过程。系统分析51份马铃薯基因组中核心MADS-box转录因子的功能，为马铃薯分子育种提供理论依据与基因资源。 方法 基于33份野生和18份栽培二倍体马铃薯的全基因组数据，鉴定核心MADS-box基因，通过生物信息学分析其理化性质、系统发育关系、染色体分布及保守结构域；通过GO富集并结合转录组数据及RT-qPCR技术解析其表达模式、外源激素处理，与主粮作物中功能明确的同源基因进行比对，推断其生物学功能，最后与近缘物种进行共线性分析。 结果 在51份二倍体马铃薯中鉴定出95个共有MADS-box基因，即核心基因，分为I型 （Mα，Mβ，Mγ）与II型（MIKC*，MIKCc）两大亚家族。理化性质分析显示该家族蛋白普遍为亲水性不稳定蛋白。系统发育与结构分析表明，各亚家族具有特征性基序与结构域。染色体定位发现基因在Chr01、Chr04、Chr05和Chr12染色体上成簇分布。GO富集分析表明该家族参与花器官发育及激素响应等过程。表达模式分析显示多个MIKC^c型基因在花芽、匍匐茎等组织中特异性表达。激素响应分析揭示，关键候选基因的表达受GA₃抑制而被ABA诱导。与水稻OsMADS29等功能基因的系统发育比较揭示部分基因可能参与块茎发育与产量形成。共线性分析揭示马铃薯与近缘物种之间存在37个共有的MADS-box基因，部分基因出现易位变异。 结论 马铃薯MADS-box基因家族在进化中保持调控花和块茎发育的保守功能。筛选出的候选基因如DM8C02G24490.1、DM8C03G29590.1等种子发育与块茎形成相关基因，为后续功能验证与育种改良提供了重要靶点。