《International Journal of Molecular Sciences》：The SlDUF789 Gene Family in Tomato: Genome-Wide Identification and Responsiveness to Hormonal and Abiotic Stress Signals
编辑推荐：
DUF789蛋白家族包含植物中保守结构域蛋白，尽管该类蛋白参与生长、发育和胁迫响应，但大多数成员的功能尚未被表征。此外，番茄（Solanum lycopersicum L.）中DUF789家族的系统鉴定尚未见报道。本研究从番茄基因组中鉴定出11个SlDUF78
DUF789蛋白家族包含植物中保守结构域蛋白，尽管该类蛋白参与生长、发育和胁迫响应，但大多数成员的功能尚未被表征。此外，番茄（Solanum lycopersicum L.）中DUF789家族的系统鉴定尚未见报道。本研究从番茄基因组中鉴定出11个SlDUF789成员，它们不均匀地分布于7条染色体上，同一亚组内的成员具有相似的外显子-内含子结构和保守基序。启动子分析揭示了与光、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件的富集。实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析揭示了不同组织中的多样化表达模式：大多数SlDUF789成员在生殖组织中表现出相对较高的表达水平，而SlDUF789-7在所有组织中广泛表达，并在完全开放花朵和红熟果实中表达升高。在胁迫和激素处理下，SlDUF789-7在脱落酸（ABA）和盐胁迫下表现出最高的诱导表达；SlDUF789-8在茉莉酸甲酯（MeJA）和聚乙二醇（PEG）处理下诱导最强；SlDUF789-11在水杨酸（SA）和弱光处理下诱导最强。值得注意的是，SlDUF789-7在所有处理下均表现出强烈响应，而SlDUF789-11在弱光胁迫下表现出持续上调。本研究首次对番茄SlDUF789基因家族进行了系统表征，为未来研究其生物学功能及在胁迫响应中的潜在作用奠定了基础。
番茄SlDUF789基因家族全基因组鉴定与胁迫响应研究解读
DUF789结构域蛋白家族是植物特有的一类保守结构域蛋白，其生化功能长期未被实验表征。尽管越来越多的证据表明DUF家族成员参与植物生长发育、器官形成和环境适应等过程，但绝大多数DUF789成员的功能仍然未知。在拟南芥、棉花和大豆等物种中，DUF789家族的全基因组鉴定已揭示其启动子区域富含激素和胁迫相关顺式作用元件，并在非生物胁迫下表现出诱导表达，提示该家族可能参与植物胁迫响应。然而，番茄中DUF789家族的系统鉴定尚未开展，其成员数量、进化特征、组织表达谱及对激素和非生物胁迫的转录响应均不清楚。番茄是全球广泛栽培的重要园艺作物，也是研究肉质果实发育、茄科基因组学和胁迫生理学的关键模式植物。盐胁迫、渗透胁迫和弱光等不利环境条件常限制番茄的生长、光合性能、开花坐果、产量形成和果实品质。因此，系统鉴定番茄DUF789基因家族并解析其在激素和非生物胁迫下的表达特征，对于理解该家族在番茄发育和逆境适应中的潜在功能具有重要意义。
研究人员以番茄（Solanum lycopersicum L. cv. Micro-Tom）为材料，利用Pfam数据库中的DUF789结构域隐马尔可夫模型（HMM），结合HMMER、SMART和NCBI CDD等工具对番茄参考基因组（ITAG 4.0/SL4.0）进行全基因组筛选，最终鉴定出11个非冗余的SlDUF789基因。随后，研究人员综合运用TBtools、MEGA11、MEME、PlantCARE、SOPMA和SWISS-MODEL等生物信息学工具，分析了该家族的染色体定位、蛋白质理化性质、二级和三级结构、保守基序、基因结构、系统进化、共线性和启动子顺式作用元件。在表达分析方面，研究人员以Micro-Tom番茄为材料，采集根、叶、未开放花蕾、完全开放花朵、绿熟果实和红熟果实等组织进行qRT-PCR分析；同时对三叶一心期幼苗分别施加ABA、MeJA、SA、NaCl、PEG-6000和弱光处理，并在处理后0、6、12、24、48小时采集叶片进行qRT-PCR检测，以解析该家族在不同组织和胁迫条件下的表达动态。
研究结果主要包括以下几个方面。在全基因组鉴定与染色体定位方面，11个SlDUF789基因不均匀地分布在1、3、5、7、9、10和12号染色体上，其中1号染色体集中分布了5个成员，表明该区域可能发生了局部扩增。蛋白质理化性质预测显示，SlDUF789蛋白的氨基酸长度变化范围为87至1097个氨基酸，分子量介于10.03至123.47 kDa之间，多数成员为酸性蛋白，所有成员均为亲水性蛋白，亚细胞定位预测显示其可能分布于细胞核、质膜、细胞壁和叶绿体等多个亚细胞结构。在二级和三级结构预测方面，SlDUF789蛋白以随机卷曲为主，其次是α-螺旋和延伸链，β-转角含量为0%，且不同成员的三维构象存在明显差异，表明该家族在结构上兼具保守性和多样性。保守基序和基因结构分析显示，系统发育上相近的成员通常具有相似的基序排列和外显子-内含子结构，而SlDUF789-3和SlDUF789-6在基序数目、蛋白长度和基因结构上差异显著，提示它们可能经历了结构变异和功能分化。多物种系统发育分析将番茄、拟南芥、马铃薯和大豆的DUF789蛋白分为8个亚组，其中番茄成员分布于5个亚组，表明该家族在番茄中既有进化保守性又有功能多样性。共线性分析仅检测到SlDUF789-8和SlDUF789-10一对种内共线性基因对，其Ka/Ks比值小于1，表明该基因对在进化中受到纯化选择；番茄与拟南芥之间鉴定出9对种间同源基因，进一步支持该家族在双子叶植物中的进化保守性。启动子顺式作用元件分析显示，SlDUF789基因启动子区域富含光响应元件（如Box 4、G-box、GT1-motif、I-box和GATA-motif）、激素响应元件（如ABRE、TCA和TGACG/CGTCA基序）以及胁迫响应元件（如MBS、ARE和TC-rich重复序列），其中光响应元件数量最多，且不同成员所含的元件类型和数量存在差异。组织特异性表达分析表明，SlDUF789-6、-8和-10在完全开放花朵中表达最高，SlDUF789-11在未开放花蕾和绿熟果实中高表达，而SlDUF789-7在所有检测组织中均维持较高转录水平，并在完全开放花朵和红熟果实中达到峰值，提示该家族成员可能参与番茄花和果实发育。激素处理表达分析显示，在ABA处理下，SlDUF789-7响应最强烈，在24小时表达量达到对照的6.38倍；在MeJA处理下，多个成员被诱导，其中SlDUF789-8在12小时表达量达到对照的7.98倍；在SA处理下，SlDUF789-7、-8和-10在6小时快速响应，表达量分别为对照的4.05、4.82和3.27倍。非生物胁迫表达分析显示，在NaCl处理下，SlDUF789-7在24小时达到峰值（对照的5.90倍）；在PEG处理下，SlDUF789-8、-10和-11在24小时分别达到对照的6.86、6.24和5.46倍；在弱光处理下，SlDUF789-7和-9在24小时达到峰值，而SlDUF789-11在48小时达到对照的8.48倍，表现出持续上调的趋势。
讨论部分指出，与拟南芥（11个）、棉花（91个）和大豆（20个）相比，番茄DUF789家族成员数量与拟南芥一致，而低于异源多倍体棉花和古多倍体大豆，这可能与物种倍性水平及谱系特异性的重复保留或丢失机制有关。番茄1号染色体上SlDUF789-2、-3和-4的串联排列模式类似于棉花中的串联重复事件，可能具有进化或功能上的关联。蛋白质长度方面，番茄DUF789蛋白的长度范围（87–1097 aa）明显宽于拟南芥（186–409 aa），而接近大豆和棉花，表明该家族在蛋白结构层面的物种特异多样化可能相对独立于基因拷贝数变化。亚细胞定位预测和GO富集分析共同提示SlDUF789可能参与细胞壁代谢或膜运输相关的信号转导。启动子元件分析与表达模式的一致性表明，SlDUF789-7和SlDUF789-11在弱光胁迫下的强烈诱导可能与其启动子区域富含G-box和box-4等光响应元件有关，而SlDUF789-8在MeJA和PEG处理下的显著诱导则与其含有TGACG/CGTCA基序相符。不同成员在激素和胁迫处理下表现出的差异表达模式反映了旁系同源基因间的功能分化。研究结论部分指出，本研究系统鉴定了番茄中11个SlDUF789基因家族成员，揭示了它们在染色体分布、蛋白质特性、基因结构、保守基序、选择压力和系统发育关系方面的多样性；组织表达分析显示SlDUF789-6、-8、-10和-11优先在生殖组织中表达，而SlDUF789-7在所有组织中广泛表达且在完全开放花朵和红熟果实中表达较高；激素和胁迫处理进一步揭示SlDUF789-7在所有测试条件下均表现出显著的表达变化，而SlDUF789-11在弱光胁迫下表现出持续上调并在48小时达到峰值。这些结果提示SlDUF789家族成员在番茄中具有多样的结构和不同的表达模式，为深入研究该家族在番茄发育和胁迫响应中的功能提供了有价值的参考。该研究论文发表在《International Journal of Molecular Sciences》。
