田姗姗，黄诗宇，杨天为，高曼熔，张尚文，何龙飞，张向军，李婷，石前
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0151
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《高温干旱复合胁迫下铁皮石斛MYB基因家族鉴定及表达分析》的研究报告。本研究利用生物信息学方法鉴定铁皮石斛MYB基因家族成员，分析其基因结构、进化发育以及不同处理的表达水平，筛选出响应高温干旱复合胁迫的转录因子家族成员，以此解析非生物胁迫下转录因子的分子机制和功能，了解铁皮石斛在逆境胁迫下的信号转导和网络调控机制，为铁皮石斛的栽培和抗逆相关分子育种研究提供有价值的信息。
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本研究聚焦于高温干旱复合胁迫下，鉴定铁皮石斛MYB基因家族成员，并深入挖掘其MYB转录因子的功能。在不同的物种中抵御逆境的MYB转录因子大多属于R2-R3类型，铁皮石斛38个MYB基因中R2R3-MYB占比为89%。已有研究表明拟南芥R2R3-MYB参与环境应答、活性氧信号、激素信号、涝旱害胁迫、伤害反应及叶片衰老等。
一级结构表明MYB蛋白均为不稳定亲水性蛋白，有21个酸性，17个碱性；编码203-581个氨基酸，平均分子量为34.5 kD；亚细胞预测显示主要位于细胞核，少数于多个细胞器内；基因结构分析显示同类型MYB的结构相似，R2R3类含Motif1和Motif3，都具有保守W残基；DcMYBs是非分泌型蛋白无信号肽，结构相似但功能各异、特性或角色，这源于它们在物理、化学和遗传上存在差异，在生物体内发挥着既相似又独特的生物学作用。
依据前人对拟南芥的分类方法可将铁皮石斛DcMYBs基因家族分为19个亚家族，在相同的演化分支中存在着多个MYB转录因子，揭示其存在着功能性冗余。铁皮石斛38个MYB蛋白中有28个与拟南芥聚集在同进化分支，另外10个MYB基因分布独特。拟南芥中S1、S2、S11、S18、S20、S22分组与非生物胁迫有关，DcMYB 7、DcMYB 33、DcMYB 28同属于S1，DcMYB3同属于S2，表明这些蛋白可能参与铁皮石斛非生物胁迫。鉴于拟南芥MYB功能都已知，分析铁皮石斛MYB家族成员功能可揭示其独特作用。
拟南芥AT1G48000.1调控拟南芥植株中类黄酮生物合成，DcMYB35与其同源并且在胁迫下相对表达量上升，可能参与铁皮石斛逆境胁迫中类黄酮的合成，应高温干旱。拟南芥At1G08810.1和AT1G06180.1通过调节ABA信号和脱落酸积累影响拟南芥的干旱响应，使植物进入休眠状态，引起叶片脱落，从而抑制植物的生长，增强植物的抗旱能力，DcMYB2、DcMYB3、DcMYB29可能也具有类似的功能。拟南芥S13亚族AtMYB61影响木质素沉积、黏液产生和气孔开度，影响碳分配，DcMYB15、DcMYB21同属S13，且在胁迫中表达量显著，或具相似的功能；AtMYB85调控纤维或者导管中木质素的合成，DcMYB6与其相似，胁迫后表达显著上调，DcMYB6 可能参与铁皮石斛茎木质化。DcMYB16、DcMYB15、DcMYB21、DcMYB31同属S13亚家族，可能多糖和黏液合成相关，黏液的产生也是多糖的一部分。目前MYB基因在石斛中的作用未见详细报道，是否有类似拟南芥的功能需进一步研究。
预测显著表达的10个基因顺式作用元件涉及激素、光响应、干旱以及细胞周期调控，其中脱落酸、乙烯、甲基茉莉酸等参与植物对逆境的响应。MYB基因差异，致使元件数目和分布差异，存在重复和缺失，表明MYB转录因子间存在相互调节。参与干旱诱导的MYB结合位点响应元件MBS存在于DcMYB6、DcMYB15、DcMYB16、DcMYB21、DcMYB23、DcMYB35中；MYB响应干旱胁迫有ABA和非ABA信号转导两个途径；CaDIM1通过调节ABA诱导基因表达正向调节干旱胁迫，与ABA信号途径相关的转录因子的启动子区域含有ABRE元件，DcMYB6、DcMYB16、DcMYB35含有ABRE元件，且在胁迫下基因相对表达量具有差异变化，其可能依赖ABA信号通路响应高温干旱胁迫。这些结果表明，MYB基因家族中的某些成员可能参与非生物胁迫以及植物激素等响应。
RT-qPCR分析显示DcMYB6、DcMYB35、DcMYB15、DcMYB16、DcMYB21、DcMYB23等基因在逆境下表达显著变化，但抗高温干旱的具体调控机制尚需深入研究。经外源脱落酸处理后，铁皮石斛DcMYBs家族基因DcMYB6、DcMYB35、DcMYB15、DcMYB16、DcMYB21和DcMYB23在24 h内显著升高后下调；20% PEG6000模拟干旱处理6 d后，基因DcMYB6、DcMYB35、DcMYB15、DcMYB16、DcMYB21和DcMYB23表达也达到峰值后下调。
在铁皮石斛高温干旱复合胁迫转录组中鉴定出38个DcMYBs基因家族成员，以R2R3-MYB为主，编码蛋白属热稳定性佳、亲水性强的核蛋白，根据系统进化DcMYBs被分为19个亚家族；DcMYBs家族成员被高温干旱复合胁迫显著诱导且ABA和20% PEG6000处理下，DcMYBs家族成员表达量呈出现先上升后下降的趋势，表明DcMYBs基因家族成员响应脱落酸及干旱胁迫，对铁皮石斛逆境下的生长发育至关重要。
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