大麦泛基因组中BBX基因的进化与功能特征分析

《BMC Plant Biology》：Evolutionary and functional characterization of BBX genes in the barley pangenome

大麦BBX转录因子家族全基因组分析揭示其进化保守性与调控多样性，鉴定出CR2、SC3、CR11、CR14等盐胁迫响应核心基因，并验证其在 chloroplast 相关过程及耐盐性中的枢纽作用。

　　

摘要

背景

B-box（BBX）转录因子是植物发育、光信号传导和应激反应的核心调节因子。尽管它们的作用已得到充分证实，但大麦（Hordeum vulgare）中BBX基因的泛基因组组织结构、进化动态及其调控功能仍很大程度上尚未被探索，尤其是在非生物胁迫的背景下。在这项研究中，我们对遗传多样性丰富的大麦基因组中的BBX基因家族进行了全面分析，并探讨了它们在盐胁迫响应中的潜在作用。

结果

通过对20个大麦样本的泛基因组分析，共鉴定出360个HvBBX基因，这些基因被聚类为20个同源基因组，并被分为核心组、次核心组、边缘组和谱系特异性组。大多数HvBBX基因具有高度保守性，表现出稳定的拷贝数、保守的外显子-内含子结构以及明显的纯化选择特征。然而，检测到有限的存在与否变异和拷贝数变异，尤其是在HvBBX.CR11位点，该位点的表达差异与存在与否变异相关。系统发育分析和保守基序分析揭示了该家族内的亚组特异性结构特征，表明其功能存在多样性。

对可移动元件的分析显示，DNA转座子在HvBBX基因两侧的调控区域中富集，这可能对其调控变异有所贡献。启动子分析发现大量与光信号传导、激素响应和应激反应相关的顺式调控元件，而密码子使用分析表明存在由突变压力和自然选择共同塑造的适度偏倚。在五种组织中的转录组分析显示了明显的组织特异性表达模式。此外，盐胁迫条件下的加权基因共表达网络分析确定了四个HvBBX基因（HvBBX.CR2、HvBBX.SC3、HvBBX.CR11和HvBBX.CR14）作为与叶绿体相关过程和耐盐性相关的枢纽基因。这些发现通过定量实时PCR验证得到了进一步支持。

结论

我们的研究表明，HvBBX基因家族在大麦中具有高度保守性，同时表现出由泛基因组变异和差异基因表达驱动的显著调控多样性。鉴定出的与盐胁迫相关的HvBBX枢纽基因为理解BBX介导的调控网络提供了新的见解，并为提高大麦的耐逆性提供了有前景的候选基因。