龙眼HB/HD-ZIP基因家族的全基因组分析及与果实能量代谢相关的DlHB22异源功能分析

《Horticulturae》：Genome-Wide Analysis of the Longan HB/HD-ZIP Gene Family and Heterologous Functional Analysis of DlHB22 Associated with Fruit Energy Metabolism

　　

同源异型盒（homeobox, HB）转录因子家族在植物生长发育、形态建成和胁迫响应中发挥重要作用，但其在龙眼（Dimocarpus longan Lour.）果实能量代谢中的参与情况尚不清楚。本研究在龙眼基因组中鉴定出32个DlHB家族成员，并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序、保守结构域、组织特异性表达模式、启动子顺式作用元件及共线性关系进行了系统分析。DlHB家族被划分为HD-ZIP I–IV四个亚家族，不同亚家族在结构组成、表达模式和推定调控特征上存在显著差异。研究人员前期工作表明，1.5%壳聚糖（CTS）处理通过调节能量代谢改善了采后龙眼果实品质，因此本研究利用相应的CTS处理转录组来筛选与能量代谢相关的DlHB候选基因。DlHB22被选作代表候选基因，其CTS响应表达经qRT-PCR独立验证。随后，研究人员采用外源ATP处理作为能量代谢与采后耐贮性关系的独立生理验证；经ATP处理的果实在第15天表现出较轻的劣变，同时具有较高的ATP、ADP和AMP含量以及较高的H⁺-ATPase、Ca²⁺-ATPase、细胞色素c氧化酶（CCO）和琥珀酸脱氢酶（SDH）活性，然而腺苷酸能荷（AEC）低于对照组。DlHB22主要定位于细胞核。DlHB22在番茄中的异源过表达加速了果实颜色转变和成熟进程，并改变了ATP、ADP和AMP含量、AEC以及H⁺-ATPase、Ca²⁺-ATPase、CCO和SDH的活性。DlHB22过表达番茄果实的转录组分析揭示了与中枢碳代谢、能量代谢、谷胱甘肽代谢、激素信号传导和MAPK信号传导相关通路中的广泛转录变化，六个代表性差异表达基因的qRT-PCR验证结果与RNA-seq趋势一致。由于番茄为呼吸跃变型（climacteric）果实而龙眼为非呼吸跃变型（non-climacteric）果实，番茄异源结果证明了DlHB22的调控潜力，但不能据此确定龙眼存在相同的天然成熟通路。整体而言，DlHB22应被视为与龙眼果实能量代谢相关的候选转录因子，其在龙眼中的天然调控机制仍需直接验证。

龙眼（Dimocarpus longan Lour.）是我国及热带亚热带地区重要的经济果树，果实采后极易发生果皮褐变、失水、品质劣变和快速衰老，严重制约贮藏期与远距离运输，降低商业价值。果实成熟和采后品质形成是涉及颜色、质地、风味及细胞代谢协同变化的复杂生物学过程，其中能量代谢对维持细胞生理活性和品质稳定性尤为关键。ATP、ADP和AMP含量及腺苷酸能荷（AEC）反映腺苷酸池的大小与能量状态，H⁺-ATPase、Ca²⁺-ATPase、琥珀酸脱氢酶（SDH）和细胞色素c氧化酶（CCO）则与膜功能和线粒体代谢密切相关。同源异型盒（homeobox, HB）转录因子家族在植物形态建成、器官发育和胁迫响应中发挥重要作用，部分HD-ZIP成员已被证实参与果实成熟调控，然而HB/HD-ZIP家族在龙眼中的系统鉴定及其与果实能量代谢的关系仍属空白。为此，研究人员开展了