《Biology》：Phylogenetic and Functional Analyses of Wheat TaMAN Genes Responding to Salinity and Pathogens
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内切-β-1,4-甘露聚糖酶（endo-β-1,4-mannanases，MANs）是糖苷水解酶家族5（glycoside hydrolase family 5，GH5）酶，能够降解细胞壁甘露聚糖多糖，并参与植物生长和逆境适应。该基因家族在普通小麦（Triti
内切-β-1,4-甘露聚糖酶（endo-β-1,4-mannanases，MANs）是糖苷水解酶家族5（glycoside hydrolase family 5，GH5）酶，能够降解细胞壁甘露聚糖多糖，并参与植物生长和逆境适应。该基因家族在普通小麦（Triticum aestivum L.）中尚未被系统鉴定。研究人员在全基因组范围内鉴定了24个TaMAN基因（TaMAN1–TaMAN24），并分析了其系统发育、基因结构、染色体分布、共线性和启动子顺式作用元件。利用公共数据库、盐胁迫RNA-seq和RT-qPCR研究了生物和非生物胁迫下的表达谱。TaMAN蛋白（386–475 aa）主要被预测定位于细胞外空间。系统发育分析将其分为三组，其中组II和组III代表单子叶植物特异性扩增。家族扩张主要由全基因组重复驱动，并在同源群6上辅以串联重复。启动子富含激素和胁迫响应顺式作用元件（ABRE、as-1/CGTCA-motif、W box）。TaMAN1、TaMAN5、TaMAN8、TaMAN9、TaMAN16和TaMAN19受白粉病显著诱导，而TaMAN3、TaMAN4和TaMAN19–TaMAN22对盐胁迫快速响应。该研究为抗病和耐盐小麦育种提供了候选基因。
普通小麦是全球最重要的粮食作物之一，提供人类约20%的卡路里和蛋白质。然而，由布氏白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici，Bgt）引起的白粉病以及盐碱胁迫等严重威胁小麦生产。植物细胞壁是抵御病原入侵的第一道物理屏障，其降解产物可作为损伤相关分子模式（DAMPs）激活免疫反应。内切-β-1,4-甘露聚糖酶（endo-β-1,4-mannanases，MANs）属于糖苷水解酶家族5（glycoside hydrolase family 5，GH5），可水解细胞壁甘露聚糖骨架中的β-1,4-甘露糖苷键，参与种子萌发、果实软化、次生壁重塑及逆境适应。然而，小麦中的MAN基因家族此前尚未被全基因组水平系统鉴定，其在病原菌和盐胁迫下的表达特性和潜在功能也基本未知。因此，研究人员利用完整的小麦参考基因组和公共表达平台，开展了TaMAN基因家族的鉴定与功能分析研究，以期为抗病和耐盐小麦育种提供基因资源。该研究发表于《Biology》。
研究人员通过整合BLASTP、HMMER搜索和NCBI-CDD验证，在全基因组范围内鉴定出24个TaMAN基因（TaMAN1–TaMAN24）。随后，他们利用ClustalW比对和MEGA11邻接法构建系统发育树，使用MEME分析保守基序，提取基因结构信息，并利用TBtools和MCScanX进行染色体定位、种内及种间共线性分析。通过PlantCARE预测2000 bp启动子区域的顺式作用元件。在表达分析方面，研究人员从expVIP小麦表达数据库下载了冷害、PEG模拟干旱、干旱/热胁迫以及条锈病、白粉病、赤霉病和壳针叶枯病侵染的转录组数据；另外，对耐盐品种“德抗961”进行200 mM NaCl处理，在0、6、12、24 h采集叶片进行RNA-seq；对采自山西的白粉病抗性农家种“矮秆千金”（AGQJ）进行Bgt E09孢子接种，在0、12、24、48 h取样，并通过RT-qPCR验证代表性TaMAN基因的时空表达。
3.1 TaMAN成员的鉴定与基本理化性质：通过多方法整合，鉴定出24个TaMAN基因，编码蛋白长度为386–475 aa，分子量43.21–52.34 kDa，多为亲水性蛋白，主要预测定位于细胞外空间。
3.2 TaMAN基因家族的系统发育分析：与拟南芥、水稻、玉米的MAN蛋白构建系统发育树，所有成员分为三组；组II和组III完全由单子叶植物（小麦、水稻、玉米）成员组成，提示发生了单子叶植物特异性扩增。
3.3 保守基序和基因结构：MEME分析鉴定到10个保守基序，22个成员含有全部基序且排列顺序高度一致；基因结构显示CDS由3–5个外显子组成，同一组内成员的外显子-内含子组织相似，其中TaMAN23和TaMAN24含有超长内含子。
3.4 染色体分布：24个TaMAN基因不均匀地分布在3、4、5、6、7同源群的13条染色体上；同源群6含有9个基因，并在6A、6B、6D上各形成一个串联三元簇。
3.5 种内共线性分析：在A、B、D亚基因组之间检测到大量片段重复来源的共线性基因对，表明全基因组重复（多倍化）是家族扩张的主要驱动力。
3.6 种间共线性分析：小麦与水稻、玉米的MAN共线性基因对远多于与拟南芥的共线性基因对；小麦与粗山羊草、栽培二粒小麦和野生二粒小麦之间存在高度保守的共线性关系，表明TaMAN基因在小麦多倍化和驯化过程中被整体保留。
3.7 启动子顺式调控元件分析：共鉴定到849个顺式作用元件，分属4个功能类别；激素响应元件最为丰富，其中ABRE（122个）最多；所有TaMAN基因启动子均含有ABRE、as-1/CGTCA-motif和MYC元件，表明该家族普遍受激素和胁迫信号调控。
3.8 不同非生物和生物胁迫下的表达模式：公共数据库分析显示，TaMAN1、TaMAN12、TaMAN23和TaMAN24等成员对干旱、冷害、热胁迫等表现出差异化响应；TaMAN1在多种病原菌侵染下高表达或被诱导，TaMAN12在壳针叶枯病菌侵染14天时被强烈特异性诱导。
3.9 盐胁迫下小麦转录组样本的主成分分析：主成分分析显示PC1和PC2累计解释94.56%的方差，各时间点生物学重复聚类良好，数据可靠。
3.10 盐胁迫下差异表达基因分析：在CK6 vs S6中鉴定到17,364个差异表达基因（DEGs），四个比较组共有23,903个非冗余DEGs，其中370个为所有比较组共享的核心盐响应基因。
3.11 DEGs的时间序列表达模式分析：将DEGs划分为8个表达模式簇，鉴定出持续上调、早期快速响应、中期响应、持续下调和早期下调后恢复等动态模式。
3.12 盐胁迫早期TaMAN基因的表达分析：在叶片中检测到10个TaMAN基因表达，其中TaMAN6被盐处理显著诱导，TaMAN11受抑制，TaMAN8呈组成型高表达。
3.13 盐胁迫下TaMAN基因表达的RT-qPCR验证：对15个成员的RT-qPCR结果与RNA-seq趋势基本一致；TaMAN3、TaMAN4、TaMAN19、TaMAN20、TaMAN21和TaMAN22在盐处理6小时迅速上调12–28倍，随后回落，表现出典型的早期快速响应特征。
3.14 白粉菌接种后TaMAN基因表达的RT-qPCR分析：15个成员呈现三种响应模式：TaMAN1、TaMAN5、TaMAN8、TaMAN9和TaMAN11在12 hpi被快速诱导（最高约6.2倍）；TaMAN16和TaMAN19在48 hpi被强烈诱导（分别约11.5倍和8.7倍）；TaMAN23和TaMAN24呈持续或中期诱导。
在讨论部分，研究人员指出，24个TaMAN成员的数量远高于拟南芥、番茄、大豆和二穗短柄草中的MAN家族，这与小麦异源六倍体起源一致。大多数TaMAN基因以A/B/D同源拷贝形式存在，且片段重复（全基因组重复）是家族扩张的主要机制。TaMAN蛋白具有保守的GH5催化双谷氨酸残基和信号肽，绝大多数定位于细胞壁/质外体，与甘露聚糖底物的细胞外位置相符。启动子区富含ABRE、MeJA响应基序、MYB结合位点等，表明TaMAN转录被整合到ABA和茉莉酸介导的胁迫信号网络中。对于盐胁迫，研究人员提出了三种非排他性的潜在机制：渗透调节、细胞壁松弛与根系生长可塑性、氧化还原稳态维持。对于白粉病互作，病原诱导的细胞壁重塑可能释放寡糖片段作为DAMPs放大免疫信号，但也不能排除细胞壁过度松弛促进病原侵入的可能性，因此需要遗传学验证。综合所有证据，TaMAN5因其同时受盐胁迫和白粉病菌诱导、启动子富含多种胁迫响应元件、编码蛋白预测分泌至质外体，被认为是家族中最值得关注的双重胁迫候选基因。该研究也存在局限性，例如主要依赖生物信息学预测和转录组证据，TaMAN蛋白的酶活性、精确亚细胞定位和生物学功能仍需通过异源表达、瞬时定位和基因敲除/过表达等实验验证。
研究结论部分翻译如下：本研究首次对普通小麦中的内切-β-1,4-甘露聚糖酶（TaMAN）基因家族进行了全基因组系统剖析。共鉴定出24个成员，分为三组；家族扩张以全基因组重复为主导，串联重复为辅，这些成员在多倍化和驯化过程中被整体保留。启动子区域富含激素和胁迫响应元件。结合表达分析和RT-qPCR，研究人员鉴定了病原胁迫候选基因如TaMAN1、TaMAN5、TaMAN8、TaMAN9、TaMAN16、TaMAN19、TaMAN23和TaMAN24，以及早期快速盐响应基因如TaMAN3、TaMAN4和TaMAN19–TaMAN22。这些结果可能为解析TaMAN基因在小麦生物和非生物胁迫响应中的功能提供系统框架，并为抗病和耐盐小麦分子育种提供有价值的候选基因资源。
