《Plant Gene》：Identification and expression profiling of
SPL family genes in industrial hemp under NaHCO
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摘要工业大麻是一种具有重要经济价值的作物，对盐碱条件表现出显著的耐受性。然而，SPL（花萼状促进因子启动子结合蛋白样）基因家族在工业大麻盐碱胁迫响应中的参与机制尚未被完全阐明。本研究鉴定了工业大麻中的40个SPL基因家族成员（CsSPLs），并对其理化特性、染色体定位、基因结
摘要
工业大麻是一种具有重要经济价值的作物，对盐碱条件表现出显著的耐受性。然而，SPL（花萼状促进因子启动子结合蛋白样）基因家族在工业大麻盐碱胁迫响应中的参与机制尚未被完全阐明。本研究鉴定了工业大麻中的40个SPL基因家族成员（CsSPLs），并对其理化特性、染色体定位、基因结构、系统发育关系及表达模式进行了系统分析。系统发育分析将这40个CsSPLs分为六个亚群。这些基因不均匀地分布在八条染色体上，且均含有保守的SBP结构域。此外，片段重复事件似乎对工业大麻CsSPL基因家族的扩张有所贡献。启动子分析进一步表明，CsSPL基因的上游调控区域含有与生长、发育和胁迫响应相关的多个顺式调控元件。随后，通过qRT-PCR检测了十种CsSPL基因在不同工业大麻品种及NaHCO3处理下不同发育阶段的转录图谱。结果表明，具有不同盐碱耐受水平的品种中CsSPL基因的表达模式存在差异。值得注意的是，CsSPL10/11/33被鉴定为参与NaHCO3胁迫响应的潜在关键候选基因。这些发现为CsSPL基因的进一步功能研究提供了有用的基础，并可能支持通过遗传改良提高工业大麻的逆胁迫耐受性。
引言
工业大麻（Cannabis sativa L.），定义为四氢大麻酚（THC）含量低于0.3%的大麻，被广泛种植用于纤维、生物材料和食品应用，具有相当大的经济重要性（Manaia等，2019；Blandinières和Amaducci，2022）。除工业价值外，该作物还对盐碱条件表现出相对较强的耐受性（Hu等，2019）。既往研究表明，miRNA和mRNA均参与盐碱耐受的调控（Cao等，2021；Cao等，2023），其中转录因子（TFs）发挥核心调控作用（Shen等，2024）。花萼状促进因子启动子结合蛋白样（SPL）转录因子是植物特异性调控因子，参与多种生物过程，包括植物生长发育、阶段性转变以及对环境胁迫的响应（He等，2022；Li等，2025a）。SPL家族成员的特征是具有高度保守的SBP结构域，包含两个锌结合位点和一个核定位信号（He等，2022）。SPL基因的生物功能和调控机制已在多种植物中被研究，包括紫花苜蓿（Wang等，2023）、蓝莓（Feng等，2023）、甜菜（Xue等，2024）、鹰嘴豆（Singh等，2024）以及其他植物（Li等，2025a；Ma等，2024）。
有效的胁迫响应系统对于植物在生物和非生物胁迫下的生存和繁殖至关重要。既往研究记录SPL转录因子作为植物适应环境挑战的重要调控因子（Lai等，2022；Wang等，2019）。在黍（Setaria italica）中，SiSPL9、SiSPL10和SiSPL16已被报道在非生物胁迫响应中发挥重要作用（Lai等，2022）。同样地，HvSPL8在暴露于多种非生物胁迫24小时后表达量最高（He等，2024）。在酸、碱和盐胁迫条件下，BvSPL3和BvSPL6可能通过调节糖积累和甜菜根大小变化，促进甜菜的胁迫适应（Xue等，2024）。
进一步研究表明，OsSPL4在生物胁迫下增强水稻的免疫响应（Zhang等，2022），而花生AhSPL5通过提高活性氧（ROS）清除能力来提高拟南芥的耐盐性（Sun等，2024）。相比之下，沉默MsSPL9能够通过调节花青素合成、代谢物积累和可溶性糖含量来增强抗旱性。总体而言，SPL基因在植物对生物和非生物胁迫的响应中发挥多样而重要的作用，尽管其调控功能和潜在机制在不同物种中仍有待进一步阐明（Yao等，2025）。
在本研究中，通过生物信息学方法从工业大麻根部转录组数据中鉴定了CsSPL基因。随后对其基因结构、染色体分布和进化关系进行了考察。此外，利用定量实时PCR（qRT-PCR）分析了不同工业大麻品种在NaHCO3胁迫下不同时间点的根部CsSPL基因表达模式。本研究的结果为进一步阐明CsSPL基因家族在盐碱胁迫耐受中的作用提供了基础，同时也扩展了当前对植物中SPL家族基因的认识。
各部分摘要
工业大麻中SPL基因的鉴定
在工业大麻中共鉴定出40个SPL基因。预测的CsSPL蛋白在氨基酸长度方面表现出显著异质性，最小为171个残基（CsSPL23），最大为1053个残基（由CsSPL14、CsSPL22和CsSPL36代表）。其分子量范围为19,121.78 Da（CsSPL23）至116,710.95 Da（CsSPL14、CsSPL22和CsSPL36各为），而预测的等电点（pI）从5.9（CsSPL17）到9.5（CsSPL13）不等。
讨论
工业大麻是一种具有重要经济价值的作物，在纤维、生物材料和食品工业中有广泛应用（Manaia等，2019；Blandinières和Amaducci，2022）。在农业生产系统中，它常与玉米、大豆和马铃薯等作物轮作，以提高土地利用率和作物生产力，同时也因其对盐碱土壤的耐受性及其在土壤改良中的潜在作用而受到重视（Cao等，2021；Tang等，2022）。此外，在……
基因鉴定
工业大麻的SPL基因序列获取自Cannabis sativa参考基因组（ASM2916894v1）和根部转录组测序数据（已提交至NCBI，登录号为PRJNA874321）（Cao等，2023），而拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）的SPL蛋白序列则从美国国家生物技术信息中心（NCBI）数据库下载。候选SPL序列通过BLASTp分析（E ≤ 1e?10，同一性 >50%，查询覆盖率 ≥80%）进行鉴定
结论
本研究对工业大麻的SPL基因家族及其在NaHCO3胁迫下的表达响应进行了系统研究。共鉴定出40个CsSPL基因，发现其在八条染色体上分布不均匀。基于系统发育关系，这些SPL基因被分为六个类群，所有成员均确认含有保守的SBP结构域。值得注意的是，第五类群中的基因含有相对丰富的基序和顺式调控元件，提示……
CRediT作者贡献声明
Kun Cao：写作——审阅与编辑。Xuehai Li：数据管理。Jing Bian：数据管理。Pan Wang：数据管理。Hao Zhu：数据管理。Pengfei Chu：方法学。Xiaoyan Zhang：方法学。Peiyu Chu：方法学。Hongwei Zhang：经费获取。Tianliang Wang：形式分析。Xu Han：经费获取。Xiaonan Wang：经费获取。
基金资助
本工作得到以下项目资助：黑龙江省博士后资助计划：LBH-Z24294；黑龙江省重点研发计划：2024ZXJ02B21；黑龙江省科学院大庆分院机构能力建设项目：YSTS2025DQ01-3。
利益冲突声明
作者声明以下可能存在潜在利益冲突的财务利益/人际关系：
Kun Cao报告了由黑龙江省科学院自然资源与生态研究所提供的资金支持。如还有其他作者，他们声明不存在已知可能影响本文所报道工作的竞争性财务利益或个人关系。
Kun Cao|Xuehai Li|Jing Bian|Pan Wang|Hao Zhu|Pengfei Chu|Xiaoyan Zhang|Peiyu Chu|Hongwei Zhang|Tianliang Wang|Xu Han|Xiaonan Wang
黑龙江省科学院自然资源与生态研究所，哈尔滨，黑龙江 150040，中国
