玉米 4CL 基因家族的泛基因组特征分析及其对非生物胁迫的动态响应

《Plant Molecular Biology》：Pan-genome characterization of the maize 4CL gene family and its dynamic responses to abiotic stress

　　

摘要

1. 对26个玉米自交系进行的泛基因组分析鉴定了13个Zm4CL基因（9个核心基因和4个近核心基因），并将其分为三个进化类群。

2. 结构变异（SVs）与关键Zm4CL基因的表达及保守蛋白结构域的变异显著相关。

3. Zm4CL基因表现出独特的组织特异性表达模式，以及对胁迫（尤其是低温和干旱）动态的酶活性和转录应答。

4- 对香豆酸：CoA连接酶（4CL）是苯丙烷途径中的关键酶，在植物生长、发育及对环境胁迫的应答中发挥重要作用。然而，目前尚缺乏对玉米中4CL基因族的全面泛基因组分析。本研究从包含26个多样化自交系的玉米泛基因组中鉴定了13个Zm4CL基因，包括9个核心基因和4个近核心基因。系统发育分析将这些基因分为三个进化类群，而Ka/Ks分析表明大多数成员受到纯化选择维持，但部分基因表现出较大的进化分歧和相对宽松的进化约束。结构变异（SV）分析揭示了SV与Zm4CL2和Zm4CL3表达之间的显著关联，序列比较还表明SV在某些基因型中与保守蛋白结构域的变异相关。转录组分析揭示了独特的组织特异性表达模式以及对非生物和生物胁迫的多样化转录应答。酶活性测定显示，低温胁迫在12 h时显著提高了4CL活性，而热胁迫、盐胁迫和碱胁迫则导致活性先降低后恢复，干旱则无显著影响。时间序列RT-qPCR进一步验证了代表性Zm4CL基因在低温和干旱胁迫下的动态表达变化。总体而言，本研究为理解玉米Zm4CL基因族的进化保守性、调控多样性和胁迫应答特征提供了全面的泛基因组框架，为未来功能研究和玉米胁迫耐受性的遗传改良提供了宝贵资源。