《Frontiers in Plant Science》：Genome-wide identification and expression analysis of PERK genes in peanut and revelation of bidirectional immune regulatory function
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本文首次对栽培花生（Arachis hypogaea L.）中富含脯氨酸延伸蛋白样受体激酶（PERK）基因家族进行了全基因组鉴定与系统分析。研究鉴定出23个AhPERK成员，通过进化分析、表达谱及功能验证，揭示其在非生物胁迫响应中的特异性表达模式，并首次发现PERK4/12/15负向调控而PERK8正向调控植物基础免疫的双向调节功能，为豆科作物抗逆育种提供了新颖分子靶点。
1 引言
受体激酶是植物中广泛存在的庞大基因家族，在信号转导、环境胁迫适应及病原识别等生理过程中发挥关键作用。作为受体样激酶（RLK）的一个重要亚类，富含脯氨酸延伸蛋白样受体激酶（PERK）在拟南芥等模式植物中已有初步研究，但其在栽培花生这一重要豆科作物中的家族特征和生物学功能尚不明确。花生作为异源四倍体作物，经历复杂的基因组进化过程，其PERK基因家族可能具有独特的规模和功能多样性。本研究以‘阜花笙’花生品种为材料，系统开展PERK基因家族的全基因组鉴定，旨在解析其进化特征、表达模式及其在植物免疫调控中的新功能。
2 材料与方法
通过BLASTP算法对花生基因组数据库进行同源搜索，结合SMART数据库进行结构域验证，最终鉴定出23个PERK家族成员。利用MEGA 10.2软件构建系统进化树，通过MEME套件分析保守基序，采用PlantCARE平台预测启动子顺式作用元件。基于公共转录组数据分析基因在不同组织和胁迫条件下的表达谱。通过农杆菌介导的瞬时表达技术，在本氏烟草中检测PERK基因对flg22诱导的活性氧（ROS）爆发的调控作用；进一步在拟南芥中稳定表达筛选到的关键基因，评估其对病原菌（Pst DC3000）抗性的影响。
3 结果
3.1 PERK亚家族成员鉴定及蛋白理化性质分析
共鉴定出23个花生PERK基因（PERK1-PERK23），其编码蛋白长度介于503（PERK14）至761（PERK19）个氨基酸之间，分子量范围为55.18 kDa（PERK14）至79.24 kDa（PERK16），理论等电点（pI）跨度较大（5.46-9.34）。亚细胞定位预测表明所有PERK蛋白均定位于细胞膜和/或溶酶体/液泡。
3.2 PERK基因染色体分布
23个PERK基因不均匀分布在12条染色体上，其中5号染色体分布最密集（5个基因），14号和15号染色体各含4个基因，10号染色体有2个基因，其余9条染色体均仅含1个基因。
3.3 花生PERK家族系统进化分析
基于全长氨基酸序列构建的系统进化树将花生与拟南芥PERK蛋白分为三个进化枝（Group I-III）。Group I包含9个花生和8个拟南芥成员，Group II以花生成员为主（6个花生vs 1个拟南芥），Group III包含8个花生和6个拟南芥成员。
3.4 基因结构与保守基序分析
所有花生PERK基因均含有内含子。保守基序分析鉴定出10个 motif，其中 Motif 1、3、4、5、9、10在所有成员中均存在，而 Motif 8的拷贝数变异最大，可能参与功能分化。
3.5 启动子顺式作用元件分析
对启动子区2.0 kb序列的分析发现所有基因均含有光响应元件，18个基因含茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件，16个含脱落酸（ABA）响应元件，此外还鉴定出低温、干旱、水杨酸（SA）等多种胁迫相关元件。
3.6 PERK基因组织特异性表达模式
11个基因在所有检测组织中均组成型表达，PERK6和PERK20在多数组织中高表达。PERK2、PERK13、PERK14和PERK18表现出显著的组织特异性：PERK13和PERK14仅在根和根瘤中表达，PERK18特异表达于叶和花。
3.7 激素与非生物胁迫下的表达模式
低温胁迫诱导12个基因表达变化，干旱胁迫影响9个基因，ABA处理调控6个基因。PERK1、PERK8、PERK11和PERK23同时受ABA和干旱诱导。
3.8 PERK基因在flg22诱导ROS产生中的作用
瞬时表达实验显示，PERK4、PERK12和PERK15显著抑制flg22诱导的ROS爆发，而PERK8则增强ROS产生。
3.9 PERK蛋白在拟南芥免疫中的双向调节作用
稳定转化实验证实，PERK4、PERK12和PERK15转基因植株的flg22和几丁质诱导的ROS爆发及防御基因FRK1表达均显著减弱，对Pst DC3000感病性增强；相反，PERK8转基因植株表现出增强的免疫反应和病原菌抗性。
4 讨论
本研究首次在花生中系统鉴定PERK基因家族，发现其成员数量（23个）介于拟南芥（15个）和四倍体棉花（33个）之间，反映了基因组多倍化水平与基因家族扩张的相关性。所有花生PERK基因均保留内含子，与棉花GhPERK基因全无内含子的特征形成鲜明对比，暗示豆科植物PERK家族可能遵循相对保守的进化路径。Group II的显著扩张提示其在豆科植物特有生物学过程（如根瘤共生）中可能发生功能特化。PERK13/PERK14在根和根瘤中的特异性表达，暗示其可能参与调控根瘤菌共生过程中的细胞壁重塑事件。功能实验首次揭示了PERK家族成员在植物免疫中的双向调控能力：PERK4/12/15作为负调控因子抑制PTI反应，而PERK8作为正调控因子增强免疫信号输出。这种功能分化符合RLK网络通过拮抗作用精细调控免疫反应的范式。
5 结论
本研究为花生PERK基因家族提供了全面的基因组学和功能学特征，揭示了其染色体分布、进化关系、表达模式及在非生物胁迫响应中的重要作用。最关键的是发现了PERK家族成员在植物先天免疫中的双向调控功能：PERK4、PERK12和PERK15负向调节，而PERK8正向调节PAMP触发的ROS爆发、防御基因表达及细菌抗性。这些发现为解析PERK基因在豆科作物中的多功能性提供了新视角，并为抗逆育种提供了候选基因靶点。
