植物根系是植物吸收养分和水分的重要器官，根系形态影响着植物的地上生物量、水分养分吸收和应对干旱、盐碱等非生物胁迫的耐受能力。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）的根系形态影响其再生性、产量和品质，研究紫花苜蓿根系形态建成的分子调控机制对于提高其产量和品质至关重要。植物CEP多肽激素参与调控根系形态建成，在植物根系生长发育过程中发挥了重要作用。研究MsCEP基因家族成员的基本特征、在不同组织中的表达差异，以及外施成熟多肽对根系形态的作用，对推进紫花苜蓿分子育种进程具有重要意义。近期，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所杨青川课题组完成的题为“紫花苜蓿MsCEP基因家族的鉴定及其调控根系生长发育功能的分析”在《中国农业科学》2024年第57卷24期正式发表。
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该研究根据紫花苜蓿新疆大叶基因组信息，以蒺藜苜蓿MtCEP家族蛋白为参考序列，使用TBtools中的本地BLAST及特征结构域筛选鉴定出紫花苜蓿MsCEP基因家族成员。利用生物信息学方法分别分析苜蓿MsCEP的基因基本特征、蛋白基本特征、系统进化关系等。利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析检测紫花苜蓿MsCEP基因家族成员在不同组织中的表达模式。利用外施试验探究成熟MsCEP肽在根系生长发育中的功能。结果表明，在紫花苜蓿新疆大叶基因组中鉴定出35个MsCEP家族成员，分布于18条染色体上，不含有内含子，均具有1个N端信号肽，1个或2个CEP家族保守结构域。![]()
MsCEP蛋白氨基酸长度为59—150，分子量为6.7—16.2 kDa，等电点为5.80—10.41，不稳定系数为30.63—89.93，脂肪系数为54.41—134.88，平均疏水指数为-1.110—0.377。亚细胞定位预测显示，MsCEP蛋白主要定位于细胞核、细胞质膜、叶绿体、高尔基体中。系统进化关系分析发现，该家族成员与拟南芥、蒺藜苜蓿的不同成员相互嵌合形成3个分支，其中，最大分支为48个CEP成员。![]()
共线性分析发现，紫花苜蓿MsCEP基因与拟南芥和蒺藜苜蓿都存在共线性关系。![]()
紫花苜蓿、蒺藜苜蓿、拟南芥CEP家族基因的共线关系
组织表达分析发现，MsCEP家族成员具有明显的组织特异性，在根中的表达量相对较高，在叶片中的表达量相对较低，甚至不表达，其中有22个在根中的表达量高于其他组织。外施合成的成熟MsCEP2多肽会抑制拟南芥的主根和侧根生长，减少侧根数，降低侧根密度。![]()
综上， 在紫花苜蓿新疆大叶中共鉴定出35个MsCEP基因，成员之间具有较高的保守性，MsCEP基因主要在根系中表达，外施合成的成熟MsCEP多肽可调控根系生长，表明MsCEP多肽在紫花苜蓿根系生长发育中发挥重要作用。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培团队杨青川研究组李明娜副研究员为该文通信作者，硕士研究生曾祥翠为该文第一作者。
该研究得到河北省耐盐碱作物种业科技创新团队项目（23327501D）、中国农业科学院科技创新工程项目（ASTIP-IAS14）的资助
曾祥翠, 杨永念, 李如月, 蒋学乾, 蒋旭, 徐嫣然, 刘忠宽, 龙瑞才, 康俊梅, 杨青川, 李明娜. 紫花苜蓿MsCEP基因家族的鉴定及其调控根系生长发育功能的分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(24): 4839-4853.
ZENG XiangCui, YANG YongNian, LI RuYue, JIANG XueQian, JIANG Xu, XU YanRan, LIU ZhongKuan, LONG RuiCai, KANG JunMei, YANG QingChuan, LI MingNa. Identification of Alfalfa (Medicago sativa) MsCEP Genes and Functional Analysis of Its Regulation in Root Growth and Development[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(24): 4839-4853.
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