栀子（Gardenia jasminoides）中Trihelix基因：进化、表达谱及在生长、发育与多重胁迫响应中的潜在调控功能

《Biomolecules》：The Trihelix Genes in Gardenia jasminoides Evolution, Expression Profiles, and Potential Regulatory Functions in Growth, Development, and Multiple Stress Responses

　　

Trihelix是一类植物特有转录因子（Transcription Factor，TF），在生物与非生物胁迫响应、种子发育、花器官形态发生及植物光形态建成中发挥重要作用。然而，栀子（Gardenia jasminoides，G. jasminoides）中Trihelix转录因子家族尚未被系统表征。研究人员从栀子基因组中鉴定出11个GjTrihelix基因，不均等分布于5条染色体上，可划分为GT-1、GT-2、SIP和SH4四个亚族。基因结构与功能基序分析显示同一亚族内高度保守。顺式作用元件分析表明这些基因与激素响应、胁迫响应及生长发育过程密切相关。种内同源性分析显示GjTrihelix-3与GjTrihelix-10之间存在片段重复。种间共线性分析揭示栀子与大豆共有21个共线基因对，多于与拟南芥的5对和杨树的13对，表明栀子与大豆间共线性区块保守性更强。转录组数据分析显示该基因家族具有明显时空表达特异性。若干基因在果实中组成型表达；GjTrihelix-1与GjTrihelix-3主要在青果中高表达，而GjTrihelix-11在红果中高表达。褪黑素（Melatonin，MT）处理下，5个GjTrihelix基因显著上调，另5个基因转录受明显抑制。Botryosphaeria dothidea侵染后，GjTrihelix-5与GjTrihelix-7持续诱导并在72 h达峰值。qRT-PCR结果表明多数GjTrihelix基因在叶片高表达，GjTrihelix-11在花中高表达。多数GjTrihelix基因在NaCl、ABA、GA3和IAA胁迫下显著下调。该研究为栀子Trihelix转录因子家族参与生长发育与胁迫适应的潜在关联提供新见解，为抗逆栀子育种提供理论参考。

研究背景方面，栀子为茜草科常绿灌木，果、叶、花、根均可入药，成熟果为药食同源资源，其生长发育与调控因子研究具有理论与应用价值。Trihelix转录因子（TF，即GT因子）是植物特有转录因子，借助trihelix结构域识别GT顺式元件，参与花器、气孔、毛状体、胚胎、种子充实及冷、旱、盐等胁迫响应。已有研究覆盖拟南芥、水稻、大豆、番茄等物种，但栀子Trihelix家族尚缺系统鉴定与功能解析，因此研究人员开展本次全基因组鉴定、进化与表达调控研究。论文发表于《Biomolecules》。

关键技术方法上，研究人员以NCBI中PRJNA477438栀子基因组为对象，用Myb/SANT-LIKE结构域（PF13837）隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）鉴定成员，并经InterProScan、CD Search、Pfam、SMART校验；用Clustal W比对并构建包括栀子、Arabidopsis thaliana、Oryza sativa、Morus alba、Pinus massoniana的最大似然与邻接系统发育树；用GSDS分析外显子内含子，MEME识别保守基序；取上游2000 bp用PlantCARE注释顺式作用元件；用TBtools与Dual Synteny Plotter做染色体定位及与Arabidopsis、Populus trichocarpa、水稻、Glycine max、Eucommia ulmoides共线性；表达数据来自PRJNA688705青红果皮与果肉、PRJNA895943 Botryosphaeria dothidea侵染、PRJNA345428褪黑素处理转录组；用qRT-PCR以18S rRNA为内参验证根、茎、叶、芽、花及NaCl、ABA、GA₃、IAA处理表达；用STRING与Cytoscape预测蛋白互作，TBtools做GO富集。

3.1 鉴定与理化性质分析，研究人员从栀子基因组鉴定11个GjTrihelix-1至11，氨基酸长123至894，分子量13,925.55 Da至98,917.37 Da，等电点5.18至9.14，均不稳定、亲水，除GjTrihelix-11定位于叶绿体其余在核，GjTrihelix-4兼过氧化物酶体；结论为家族成员理化与亚细胞定位存在分化。

3.2 系统发育分析，联合多物种160个Trihelix序列建树，栀子11个基因归入SIP1、GT-1、SH4、GT-2四亚族，无GTγ成员，SIP1与GT-1各4个、SH4为GjTrihelix-6/7、GT-2仅GjTrihelix-11；结论为栀子可能丢失GTγ支系或受组装注释限制，种后发生特异重复。

3.3 染色体定位与共线性，11个基因分布于chr2、chr8、chr9、chr10、chr11，chr9含5个；种内GjTrihelix-3与GjTrihelix-10片段重复；种间与大豆21对、杨树13对、拟南芥5对、水稻1对、杜仲3对；结论为双子叶间保守，栀子与大豆共线性最强、与单子叶水稻分歧大。

3.4 启动子顺式元件，上游2000 bp检出180个元件，分激素（83，ABRE最多）、胁迫（41，ARE最多）、光响应（56，Box4最多）；GjTrihelix-6富ABRE与ARE，GjTrihelix-7富ABRE；结论为家族具备激素、胁迫、光信号调控潜力。

3.5 保守基序、结构域与基因结构，Motif 1/2/4为所有成员核心保守，Motif 5/6/9/10仅GT-1亚族；外显子数GjTrihelix-11为17、GjTrihelix-7为1、其余2至5不等；结论为基序与结构差异支撑功能分化。

3.6 果实发育表达，青果中GjTrihelix-1/3/6/10高表达，红果中GjTrihelix-11上调，GjTrihelix-5/7/8组成型高表达；与黄酮合成基因GjDXSs、GjF3H、GjFLSs、GjCHSs共表达（|r|≥0.60，p<0.05）；结论为Trihelix可能参与果皮果肉黄酮生物合成与转色。

3.7 褪黑素处理，GjTrihelix-2/5/7/8/9上调，GjTrihelix-1/3/6/10/11下调，GjTrihelix-4近乎无响应；结论为MT通过差异调控Trihelix参与抗氧化与胁迫防御。

3.8 Botryosphaeria dothidea侵染，0至72 h叶片表达分C1至C4簇，GjTrihelix-5/7持续上升并于72 h达峰（162.99、126.43 FPKM），GjTrihelix-1被持续抑制，GjTrihelix-10在24 h尖峰；结论为不同成员按侵染时序分工防御。

3.9 组织qRT-PCR，10个基因叶中最高，GjTrihelix-11在花中最高；结论为家族偏叶功能维持，GjTrihelix-11特化花发育。

3.10 盐胁迫，除GjTrihelix-3先降后升外，其余10个持续下调，GjTrihelix-9/10近沉默；结论为Trihelix总体受盐抑制，GjTrihelix-3具晚期适应特征。

3.11 激素处理，ABA下多数持续下调、GjTrihelix-3回落；GA₃下先抑后复、GjTrihelix-3 48 h达1.97倍；IAA下多数先抑后部分恢复、GjTrihelix-3稳定；结论为Trihelix以多样策略接入ABA、赤霉素（Gibberellin，GA₃）、生长素（Indole-3-Acetic Acid，IAA）信号。

3.12 互作与GO，GjTrihelix-6为中心节点连5个成员，GjTrihelix-9连4个；GO显示结合活性、TF活性、DNA结合转录因子活性；结论为GjTrihelix-6是潜在调控枢纽。

讨论部分总结，研究人员指出Trihelix在模式植物中已证参与种子、盐、冷、病原防御与激素通路，栀子11个基因归四亚族且无GTγ，启动子富激素与胁迫元件，与大豆共线性强，组织与青红果、MT、病原、盐及ABA/GA₃/IAA表达模式显示家族在发育与逆境中功能分化；跨物种如梨PbrGT15、玉米ZmGT-3b、水稻OsGTγ-1/2、拟南芥AtGT2L可作功能类比，但共表达与转录响应不证明因果，需稳定遗传转化验证下游靶基因。

结论部分翻译，本研究对栀子Trihelix基因家族进行全基因组鉴定与系统表征，共鉴定11个GjTrihelix成员，归GT-1、GT-2、SIP和SH4四亚族，不均等分布于5条染色体；成员间基因结构与基序组成差异明显，GjTrihelix-3与GjTrihelix-10存在片段重复；种间共线性显示栀子与大豆进化关系最近；启动子顺式元件富激素、胁迫与光响应元件；表达谱显示明显组织特异性，GjTrihelix-11可能在花发育中起专化作用，GjTrihelix-1、-3、-6、-10可能参与幼果发育，GjTrihelix-11参与果实成熟色素积累；多个GjTrihelix基因响应褪黑素与Botryosphaeria dothidea，多数在NaCl、ABA、GA₃、IAA下显著下调；蛋白互作网络预测GjTrihelix-6为关键调控节点；上述结果为栀子Trihelix基因功能研究奠定基础。