《Horticulturae》：Genome-Wide Identification and Expression Analysis of the TRM Gene Family in Melon (Cucumis melo L.)
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甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科（Cucurbitaceae）中广泛栽培的物种，是全球最重要的经济水果作物之一。TRM蛋白已被证实参与植物发育的调控，包括与细胞分裂、细胞扩张和器官形态相关的过程。尽管TRM家族成员在拟南芥、番茄和黄瓜中的功能已被
甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科（Cucurbitaceae）中广泛栽培的物种，是全球最重要的经济水果作物之一。TRM蛋白已被证实参与植物发育的调控，包括与细胞分裂、细胞扩张和器官形态相关的过程。尽管TRM家族成员在拟南芥、番茄和黄瓜中的功能已被广泛表征，但它们在甜瓜果实发育中的作用仍知之甚少。本研究通过生物信息学方法从甜瓜基因组数据中鉴定出共22个含有保守DUF3741和DUF4378结构域的CmTRM（Cucumis melo）基因。随后，研究人员系统分析了CmTRM编码蛋白的理化性质，以及所有22个CmTRM成员的染色体分布、基因组织、保守基序模式和启动子调控元件。值得注意的是，使用AlphaFold3预测了CmTRM蛋白的高精度三维结构，进行了CmTRM的种内共线性分析，并鉴定出7对共线基因。此外，系统发育分析显示，CmTRM蛋白可分为八个不同的分支，其中CmTRM05和CmTRM21被归入第I组。研究人员对所有22个CmTRM进行了实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）分析。结果显示，在两个果实表型对比鲜明的甜瓜种质之间，CmTRM05、CmTRM19和CmTRM21在果实发育梯度中表现出显著不同的阶段特异性表达模式。因此，这三个基因被优先作为后续遗传功能验证的候选基因。此外，亚细胞定位实验显示，CmTRM05主要定位于细胞质。总之，本研究增进了对甜瓜TRM基因家族的理解，并为研究TRM对甜瓜果实形状的影响提供了理论和实践基础，对于开发具有理想果形的新甜瓜品种具有重要意义。
甜瓜（Cucumis melo L.）是重要的经济水果作物，果实形状直接影响其商品价值与消费者偏好。TRM（TONNEAU1 Recruiting Motif，TONNEAU1招募基序）蛋白家族在模式植物及多种作物中被证实通过调控微管组织、细胞分裂方向和细胞极性伸长来影响器官形态，尤其是果实形状。然而，尽管TRM家族在拟南芥、番茄、黄瓜中已有深入研究，其在甜瓜中的全基因组鉴定和果实发育相关功能分析仍属空白，限制了对甜瓜果形调控网络的理解。为此，研究人员开展了本研究。
研究人员利用生物信息学方法从甜瓜基因组中鉴定出22个CmTRM基因，系统分析了其理化性质、基因结构、保守基序、启动子顺式元件、三维结构和共线性关系；通过qRT-PCR筛选出候选基因，并进行亚细胞定位。主要结论是：CmTRM05、CmTRM19和CmTRM21在果实形态差异显著的甜瓜种质中表现出明显不同的发育阶段表达模式，被列为候选基因；其中CmTRM05定位于细胞质，可能通过与IQ域蛋白互作参与果形调控。该研究为阐明TRM在甜瓜果形形成中的作用提供了理论依据和基因资源，对培育理想果形甜瓜品种具有重要意义。
关键技术方法方面，研究人员从Ensembl Plants数据库获取甜瓜参考基因组（DHL92 v4.0）以及拟南芥、番茄和黄瓜的基因组数据。采用BLASTp和HMM搜索（E值阈值10
-5）结合保守结构域验证，共鉴定出22个CmTRM基因。使用MEGA11构建多物种最大似然（ML）系统发育树；MEME分析保守基序；PlantCARE分析启动子元件；AlphaFold3预测三维结构；TBtools进行共线性分析。表达分析使用两个果形差异显著的甜瓜种质PI 614174和MR-1，采集花后0、5、15、25、35天果实果肉进行qRT-PCR。亚细胞定位通过本氏烟草（Nicotiana benthamiana）叶片瞬时表达体系完成。
研究结果分述如下：
3.1 甜瓜中TRM基因家族的鉴定：通过BLAST和HMM组合搜索，最终确定22个CmTRM基因，命名为CmTRM01–CmTRM22，不均匀分布于除3、7、10号染色体外的9条染色体上。CmTRM05与黄瓜CsTRM5相似性达93.28%，与番茄SlTRM5相似性为50.96%。
3.2 CmTRM基因理化性质分析：22个CmTRM的CDS长度介于1068–4047 bp，编码355–1348个氨基酸。多数蛋白为碱性、亲水的不稳定蛋白，亚细胞定位预测显示大部分成员位于细胞核，少数定位于过氧化物酶体或叶绿体。
3.3 四个物种间TRM基因系统发育分析：基于拟南芥、番茄、黄瓜和甜瓜的TRM蛋白序列构建ML系统树，将整个家族分为8个分支（Group I–VIII）。Group I包含已知调控果实形状的SlTRM5、CsTRM05和AtTRM1-4等蛋白，CmTRM05和CmTRM21也属于该组，提示二者可能参与甜瓜果形调控。
3.4 CmTRM家族保守基序和基因结构特征：MEME预测到10个保守基序，其中Motif 1、2、5在绝大多数成员中稳定存在，为核心基序。基因结构分析显示外显子数目差异很大，从CmTRM15的2个CDS到CmTRM19的17个CDS不等。
3.5 CmTRM基因启动子顺式调控元件特征：PlantCARE分析识别出17种顺式元件，归为植物发育、环境胁迫、激素响应、光响应、核心启动子和转录因子结合位点六类。其中激素响应和光响应元件最为丰富，包括ABRE、CGTCA-motif、TGACG-motif、G-box、Box 4等，表明CmTRM基因可能受多种激素和光信号调控。
3.6 AlphaFold三维结构预测：利用AlphaFold3对22个CmTRM蛋白进行高精度结构预测，所有模型PTM得分≥0.50，不同基因对应的蛋白三维结构差异显著，提示功能可能分化。
3.7 CmTRM基因家族的共线性分析：种内共线性分析发现22个成员间存在7对共线基因。种间共线性分析显示，甜瓜与黄瓜有30对共线基因，与拟南芥29对，与番茄22对，与水稻13对，与玉米仅8对，表明该家族在双子叶植物中更为保守。
3.8 CmTRMs的qRT-PCR分析及CmTRM05亚细胞定位：以PI 614174（长果形）和MR-1（圆果形）为材料，qRT-PCR结果显示CmTRM05、CmTRM19和CmTRM21在果实发育过程中表现出显著不同的阶段特异性表达模式。其中CmTRM05在两种材料中均随果实发育表达持续下降，且在PI 614174中表达量高于MR-1。亚细胞定位实验显示CmTRM05-GFP的绿色荧光主要分布在细胞质中。
3.9 预测与CmTRM05互作的蛋白质：通过STRING数据库筛选到6个候选互作蛋白，其中两个属于IQ域蛋白家族（IQ-domain 32 isoform X1和CmSUN32b）。IQ域蛋白通常参与钙调素结合、细胞骨架组织和细胞极性调控，提示CmTRM05可能通过TRM-IQD模块影响果实形状。
讨论部分总结：基于系统发育关系、表达模式和QTL共定位信息，研究人员将CmTRM05、CmTRM19和CmTRM21确定为调控甜瓜果形的候选基因。其中CmTRM19和CmTRM21分别位于果实形状相关QTL位点CmFS11.2和CmFS12.2内。CmTRM05定位于细胞质，与IQD蛋白的预测互作提示可能存在类似于黄瓜CsTRM5–CsSUN的保守调控模块。启动子区富含非生物胁迫响应元件，暗示该家族成员可能也参与逆境响应。研究也指出局限性：仅比较了两个种质，候选基因尚未进行遗传功能验证，未来需通过基因编辑、过表达等实验明确其生物学功能。
研究结论（翻译）：本研究的全基因组分析揭示了甜瓜中22个CmTRM基因，并系统分析了其进化关系、结构特征和启动子特征。表达分析表明，CmTRM05、CmTRM19和CmTRM21是在果实形态差异显著的甜瓜种质中具有不同发育表达模式的候选基因，其中CmTRM19和CmTRM21位于果实形状相关QTL区域。CmTRM05定位于细胞质，与IQ域蛋白的预测互作表明其在果实形状形成中具有潜在作用。本研究为阐明TRM介导的果实发育提供了候选资源。
