《Genes》：Genome-Wide Identification of the APRR2 Gene Family and Rind Color Trait Analysis in Zucchini (Cucurbita pepo)
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果皮颜色是西葫芦（Cucurbita pepo）重要的品质性状。作为植物色素生物合成的核心转录因子，APRR2（Arabidopsis pseudo-response regulator 2）在各种蔬菜果皮颜色形成中发挥保守但机制多样的调控作用。然而，APRR
果皮颜色是西葫芦（Cucurbita pepo）重要的品质性状。作为植物色素生物合成的核心转录因子，APRR2（Arabidopsis pseudo-response regulator 2）在各种蔬菜果皮颜色形成中发挥保守但机制多样的调控作用。然而，APRR2转录因子调控果皮颜色但在C. pepo中尚未被系统鉴定。本研究通过保守REC结构域验证定义了50个APRR2基因。这些基因分布于20条染色体上且分布不均，主要通过串联重复事件扩张。系统发育与结构分析将基因分为三个亚组，均含有色素调控必需的保守REC结构域，但基序和内含子-外显子结构存在差异。启动子分析揭示丰富的光响应、激素响应和胁迫响应元件，可能参与环境适应和光形态建成。关键的是，绿皮（GR）与白皮（WR）品系在授粉后0天和10天（DAP）果皮发育期间的转录组分析显示了深刻的功能分化。表达聚类表明代谢的时间转换，WR在0 DAP富集“昼夜节律-植物”和“光合作用”通路。特定APRR2基因与果皮颜色紧密相关。对24个选定APRR2基因的qPCR验证按10 DAP表达变化方向分为四组：14个在GR和WR均上调，6个均下调，1个在GR上调而WR下调，3个在GR下调而WR上调。此外，蛋白-蛋白互作预测和酵母双杂交（Y2H）检测到一个核心APRR2蛋白与bHLH62转录因子在酵母中的物理互作，提示可能存在参与果皮颜色调控的互作，尚需体内验证。研究首次鉴定了C. pepo中APRR2基因家族成员并进行生物信息学分析，确立了APRR2功能的分子基础，为改良C. pepo品种育种提供宝贵资源。
研究背景方面，西葫芦（Cucurbita pepo）属葫芦科重要经济作物，中国为全球最大生产国，2024年产量约2800万吨占全球53%。果皮颜色由叶绿素、类胡萝卜素和花青素动态平衡决定，直接影响商品价值。APRR2（Arabidopsis pseudo-response regulator 2，拟南芥伪响应调节因子2）含伪接收结构域（REC结构域），在番茄、茄子、西瓜、辣椒等作物中被证实为色素积累的正向中枢调控因子，但调控机制各异：番茄为转录激活，茄子与西葫芦此前报道为结构变异导致的功能丧失，西瓜为编码区插入致蛋白改变，辣椒为多基因协调。C. pepo基因组进展相对缓慢，JAZ与PLATZ等家族已有鉴定，而APRR2家族尚未系统表征，且C. pepo中APRR2如何组装蛋白复合体调控果皮颜色未知。该研究由东北农业大学园艺园林学院南瓜育种实验室开展，发表于《Genes》，旨在首次全基因组鉴定C. pepo APRR2家族并解析其在绿皮（GR）与白皮（WR）近等基因系（NILs）果皮发育中的功能分化与互作网络。
主要关键技术方法包括：以拟南芥9个含REC结构域APRR2蛋白为查询序列对C. pepo基因组本地BLAST筛选，经InterPro与NCBI BLASTp校验获50个家族成员；采用MEGA 12进行多序列比对与邻接法（NJ）系统发育树构建（1000次自举）；利用MEME与NCBI CDD分析保守基序与结构域，TBtools可视化基因结构；WoLF PSORT预测亚细胞定位，ProtParam计算理化性质；PlantCARE分析起始密码子上游2000 bp启动子顺式元件；TBtools进行染色体定位与种内MCScanX共线性及与黄瓜、甜瓜种间共线性分析；对GR与WR在0 DAP与10 DAP果皮表皮进行RNA-seq（Illumina HiSeq 4000，HISAT2+StringTie流程，FPKM定量，DESeq2筛差异基因，K-means聚类与KEGG富集）；选24个APRR2基因做qRT-PCR（2?ΔΔCt法，Cpactin内参）；STRING预测CpAPRR2（Cp4.1LG05g02070.1）互作蛋白，酵母双杂交（Y2H）验证其与CpbHLH62（Cp4.1LG012g10810.1）物理互作。样本队列为GR（内蒙古122高代自交系背景BC6F2选纯合线）与WR（瑞丰选育高代自交系背景同源NILs）。
研究结果部分，3.1节鉴定与特征：从C. pepo基因组获50个APRR2成员，蛋白长201–692 aa，分子量21.58–77.09 kDa，等电点4.96–9.44，88%不稳定指数>40，GRAVY全负，全部预测核定位，符合转录因子特性。3.2节系统发育与结构：59个（C. pepo 50+A. thaliana 9）分三组，Group I仅拟南芥7个，Group III最大含38个C. pepo成员，Group II含12个C. pepo与1个拟南芥；所有成员具REC与Mfs_CC_UNKEGUE超家族域，Motif 1/2普遍保守，Group II域最完整；外显子数1–22，Group III结构多样。3.3节启动子元件：2000 bp上游富含光响应（8类最多）、激素响应、胁迫响应与生长调控元件，如Cp4.1LG03g11620.1含光与ABA响应，Cp4.1LG02g12250.1缺低温响应。3.4节染色体与共线性：50基因不均布20染色体，Chr05最多（6个），Chr12/13/20仅1个；种内共线性见Chr05（Cp4.1LG05g02060.1::Cp4.1LG05g02070.1）与Chr15两对串联重复；与黄瓜61对、甜瓜57对直系同源，提示古多倍化扩张。3.5节转录组：K-means分8簇，GR0富集中质网蛋白加工、核苷酸糖合成、碳代谢；WR0显著富集昼夜节律-植物、MAPK、光合作用-天线蛋白；GR10/WR10在5–8簇，WR10簇5组氨酸代谢/内吞/α-亚麻酸代谢，GR10簇6/7核糖体/tRNA氨酰化/囊泡运输，簇8氨基酸糖与脂肪酸代谢，显示早期基础代谢+光合向后期膜运输与代谢重塑转换。3.6节24基因qPCR：分四趋势组——I组14个GR/WR均上调（如Cp4.1LG05g02070.1、Cp4.1LG15g03420.1，部分GR诱导更强如Cp4.1LG15g03420.1，部分WR更强）；II组6个均下调（Cp4.1LG14g08960.1等抑制最强，Cp4.1LG03g18020.1在WR0基线高）；III组1个（Cp4.1LG02g13630.1）GR上调WR下调；IV组3个（Cp4.1LG10g02760.1等）GR下调WR上调，为最清晰WR关联模式。差异体现为10 DAP变化方向与幅度而非开关特异性。3.7节互作预测与Y2H：STRING预测CpAPRR2（Cp4.1LG05g02070.1，与黄瓜XP_004148499.1同源性72.39%）10个互作候选，比对回C. pepo得2 MYB+2 bHLH，其中bHLH62（Cp4.1LG012g10810.1）；Y2H在SD/-Trp/-Leu与SD/-Trp/-Leu/-Ade/-His/X-α-Gal均生长，证酵母中物理互作。
讨论部分总结：C. pepo APRR2扩至50个，Group III占绝大多数，Group I缺仅拟南芥同源，扩张由全基因组复制与Chr05/15串联重复驱动，符合葫芦目古四倍化后亚基因组不对称保留规律；REC结构域完整性与番茄、茄子、黄瓜一致为色素调控前提，Cp4.1LG05g02070.1因WR中2.2 kb 5′缺失失功能前文已证；启动子光/激素元件丰富支持其整合光信号与 ABA（脱落酸）/Auxin（生长素）通路；转录组WR0昼夜节律与光合富集反映早期活跃捕光，qPCR四趋势组为相关性非因果，果皮色差或涉下皮/果肉或系统信号，需时空分辨验证；Y2H证CpAPRR2–CpbHLH62酵母互作为候选，拟南芥中bHLH与APRR2协调整合光与昼夜节律，黄瓜APRR2招TCP、番茄被KN5-BLH抑，C. pepo机制分歧显APRR2作可适配支架。结论翻译：本研究全基因组鉴定C. pepo APRR2家族50成员，不均布20染色体，主要经串联重复扩张，分三系统发育组均含REC域；启动子富光/激素/胁迫元件；GR/WR在0/10 DAP转录组显功能分化，WR0富集昼夜节律-植物与光合作用；24基因qPCR分四趋势组；Y2H示CpAPRR2与bHLH62酵母物理互作待体内验。研究首次界定C. pepo APRR2成员并建分子基础，为果皮色育种供资源。
