尽管芥菜存在进化多样性，补偿性相互作用仍维持了 SOC1 自调控和 SOC1-CCA1 调控结合

《Plant Gene》：Compensatory interactions preserve SOC1 autoregulatory and SOC1-CCA1 regulatory binding despite evolutionary diversity in Brassica juncea

　　**摘要要点**- **SOC1** 启动子（**pSOC1**）的结构变异保留了 CCA1 和 SOC1 蛋白的结合潜力。- 结构多样的 CCA1 和 SOC1 蛋白仍保留结合 **pSOC1** 的能力。- 补偿性突变维持了 CCA1:**pSOC1** 和 SOC1:**pSOC1** 的结合亲和力。- 酵母单杂交实验证实了计算预测的相互作用模式。- 热点区域的鉴定将实现对 CCA1 和 SOC1 蛋白的精确编辑。## 引言气候变化对农业生产率构成了重大制约，升高的温度对种子成熟和产量形成产生负面影响（Maity 等，2023）。末端热胁迫对十字花科植物影响显著，由于夏季提早到来，高温往往与生殖生长期重叠，导致种子灌浆不完全和产量潜力降低（Kourani 等，2022）。十字花科植物是模式多倍体，展示了基因组重复和调控分化如何促进形态和生理可塑性。全基因组重复（WGD）和后续基因分化的反复循环塑造了其进化复杂性，形成了保守的亚基因组结构，即最小分化（LF）、中度分化（MF1）和最大分化（MF2）（Lysak 和 Koch，2011；Sankoff 等，2010；Wu 等，2022）。十字花属包括二倍体祖先**白菜型**（AA）、**芥菜型**（BB）和**甘蓝型**（CC），以及进化衍生的异源多倍体，包括**芥菜**（AABB）、**甘蓝型油菜**（AACC）和**小黑芥**（BBCC）。虽然开发具有增强耐热性的十字花科品种仍是重要的育种目标，鉴于其作为油料作物的经济重要性（Pillai 和 Walia，2024），加速花发育过渡提供了另一种有前景的策略来缓解热胁迫下的产量损失，因为它能使植物在末端热胁迫到来之前完成生殖阶段。因此，理解并操控控制开花时间的调控网络，为改善多倍体十字花科植物的气候适应性提供了强大的框架。**CONSTANS 过表达抑制因子1**（**SOC1**）是决定开花时间的关键遗传因子之一，它整合了包括光周期、春化、赤霉素和环境温度在内的多条途径的信号（Bouché 等，2016）。调节 **SOC1** 活性可以促进提早开花，使 **SOC1** 成为开发气候适应性十字花科品种的有前景的目标基因（Tyagi 等，2018）。虽然昼夜节律相关蛋白1（CCA1）是拟南芥中关键的昼夜节律调控因子，作为 **SOC1** 的负调控因子（Andronis 等，2008；Lu 等，2012），但 SOC1 通过正性自我调控强化其表达，形成一个调控花发育过渡的反馈回路（Tao 等，2012）。CCA1 和 SOC1 蛋白均被预测可以结合拟南芥中的 **pSOC1**，并且在**芥菜**基因组中预测存在相似的反式调控元件（Sri 等，2020）。然而，这些相互作用在十字花科中的机制性证据尚未被探索。十字花科的多倍体化扩展了关键的调控基因家族，并可能重塑了控制开花的转录网络（Lysak 和 Koch，2011；Yin 等，2020）。在**芥菜**中，四个 CCA1 和七个 SOC1 同源基因产生了一个具有潜在组合性相互作用的调控网络，包括 28 个 CCA1:**pSOC1** 和 49 个潜在的 SOC1 自我调控相互作用（SOC1:**pSOC1**）。这些旁系同源基因之间的序列分化可能改变 DNA 结合亲和力，尽管补偿性进化过程可能在该调控模块中维持功能完整性（Kaur 等，2025）。在此，我们利用结构生物信息学和酵母单杂交实验，研究了**芥菜** CCA1 和 SOC1 蛋白与 **pSOC1** 同源基因之间相互作用的机制基础。我们的分析揭示了保守和分化的结合模式，鉴定了介导这些相互作用的关键氨基酸残基，并提出可能的分子靶点用于精确调控开花时间，以开发气候适应性十字花科品种。---### 章节摘要#### CCA1 和 SOC1 序列的获取、分离与分析从拟南芥信息资源（TAIR；https://www.arabidopsis.org/）获取了拟南芥的 **CCA1** 和 **SOC1** 基因及其对应蛋白序列。按照 Kaur 等（2025）所述方法，从十字花科数据库（BRAD；http://brassicadb.cn/#//）收集了分别来自 25 和 24 种十字花科植物的同源 **CCA1** 和 **SOC1** 序列。以**拟南芥 CCA1**（AT2G46830）和 **SOC1**（AT2G45660）序列为查询序列进行……#### 十字花科谱系表现出保守但分化的 CCA1 同源基因拷贝对 25 种十字花科物种的 30 个 CCA1 同源的拷贝数和序列多样性进行了分析，包括从**芥菜**品种 Varuna 中分离的两条 CCA1 cDNA 序列（**BjuVAR1_CCA1**（GenBank Id: PV870636）和 **BjuVAR2_CCA1**（GenBank Id: PV870637））。该分析揭示了在拷贝数和序列水平上的显著变异。从 BRAD 数据库检索的 28 个同源基因的完整列表，连同本研究分离的两条 CCA1 cDNA 序列，列于……#### 讨论利用多倍体物种的花调控网络提供了调节开花时间的强大手段，使开发气候适应性、早花品种成为可能（Wang 等，2023）。十字花科植物是典型的模式多倍体，展示了基因组重复和调控分化如何推动形态和生理适应性的显著发展（Cheng 等，2014；Hahn 和 From，2009）。基因组研究表明，反复的全基因组重复……#### 生成式人工智能在科学写作中的声明科学写作过程中未使用生成式人工智能。#### CRediT 作者贡献声明**Simran Kaur：** 撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、方法论、调查、形式分析。**Chaithanya Madhurantakam：** 撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论。**Anandita Singh：** 撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、获取资金、概念化。#### 资金资助本研究获得了印度生物技术部（BT/PR24047/BPA/118/364/2017）授予 AS 的基金资助。感谢印度生物技术部对 S.K. 提供的初级和高级研究奖学金。感谢 TERI 高级研究学院提供的基础设施支持。#### 未引用参考文献- Nagaharu, 1935- Rambaut, 2006#### 利益冲突声明作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/人际关系：Anandita Singh 教授报告了来自印度科学和技术部生物技术部的资金支持。如还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或人际关系。#### 致谢A.S. 从印度生物技术部（BT/PR24047/BPA/118/364/2017）获得了基金资助以支持本研究。感谢印度生物技术部对 S.K. 提供的初级和高级研究奖学金。感谢 TERI 高级研究学院提供的基础设施支持。我们衷心感谢 Bharat Gupta 和 Swati Singh 在实验工作中提供的技术支持。---Simran Kaur | Chaithanya Madhurantakam | Anandita Singh