在冷胁迫条件下，对Verbena bonariensis中F-box基因家族进行的全基因组系统发育分析及表达谱分析

一串红F-box基因家族鉴定及其在低温胁迫下的功能分析，发现232个VbF-box基因，分为四类亚群，具有光响应和低温调控元件，染色体定位显示7条染色体分布，22对同源基因。qRT-PCR验证6个关键基因持续上调，VbF-box071在24小时低温下上调348倍，抑制烟草叶片扩张，增强种子萌发和成株冷胁迫抗性，为园艺作物耐寒育种提供理论依据。

　　

摘要

背景

F-box基因家族在植物中广泛存在，在植物的生长发育过程中发挥着关键作用。Verbena bonariensis（V. bonariensis）是一种具有较高观赏价值的园艺植物，其观赏价值和产量主要受低温环境的影响。

结果

本研究在V. bonariensis的基因组中发现了232个F-box基因（VbF-boxs）。系统发育分析将这些基因分为四个亚组，其中第一个亚组在V. bonariensis、Arabidopsis thaliana和Sesamum indicum之间表现出高度同源性。启动子序列分析表明，F-box启动子不仅包含与激素调节相关的顺式作用元件，还包含参与光响应和低温响应的元件。染色体定位结果显示，VbF-box基因分布在V. bonariensis的7条染色体上，检测到51对串联重复基因。共线性分析揭示了VbF-box基因家族中的22对显著同源基因。通过qRT-PCR和转录组分析证实，共有232个VbF-box基因在不同组织发育阶段表现出差异表达。其中一部分基因在低温胁迫下持续上调，表明它们可能参与了植物的抗逆机制。这些发现揭示了V. bonariensis中F-box基因家族的阶段特异性转录调控框架。

结论

根据RNA-seq数据，本研究对6个高表达基因进行了qRT-PCR分析，结果表明VbF-box071、VbF-box162、VbF-box025、VbF-box042、VbF-box224和VbF-box115在24小时的低温处理期间表达水平持续上升。值得注意的是，在24小时的低温处理期间，VbF-box071的表达水平上调了348倍。表型和细胞形态观察表明，VbF-box071的过表达会抑制烟草叶片的扩大。低温胁迫实验表明，该基因显著提高了烟草植物在种子萌发和成熟阶段的耐寒性。这项研究不仅为V. bonariensis的生长、发育和耐低温性研究奠定了理论基础，还强调了利用这些已鉴定的低温响应基因进行育种或生物技术改良以提高植物耐寒性的潜力。