高丽参（Gastrodia elata）中病原体识别基因的基因组范围鉴定、进化分析及表达谱分析

《BMC Plant Biology》：Genome-wide identification, evolutionary analysis, and expression profiling of pathogen recognition genes in Gastrodia elata

天麻抗病基因系统分析揭示其基因家族扩张机制及调控元件特征，通过整合多组学数据发现67个GePRGs具有显著的结构多样性和同源性，其中54个与模式植物存在协同进化关系，启动子区域富集MYB结合位点等胁迫响应元件，表达模式显示早期发育阶段LRR-RLK基因高表达，而GELG基因型中特定基因表达量突出。

　　

摘要

背景

Gastrodia elata Bl.（俗称天麻）是一种属于兰科的多年生非光合植物。其生长和发育依赖于与至少两种特定真菌的共生关系。然而，在人工栽培过程中，它容易受到病原体感染，这限制了其产业发展。目前，关于天麻的基因组组成、进化特征以及抗病基因调控机制的系统研究尚较为缺乏。

方法

本研究以表型为深红色的G. elata为研究对象，通过整合植物抗性基因数据库、序列同源性搜索和结构域验证，系统地鉴定出病原体识别基因（PRGs）。分析了系统发育关系、染色体分布、基因结构、保守基序及重复序列事件，并通过种间同线性分析评估了这些基因的进化保守性。此外，还预测了2000 bp启动子区域内的顺式作用元件（CAEs），并基于转录组数据分析了不同发育阶段和不同基因型中的表达模式。

结果

共鉴定出67个属于多个基因家族的G. elata病原体识别基因（GePRGs），这些基因在结构和进化上表现出显著多样性。串联重复和片段重复均促进了该基因家族的扩张，其中检测到6次串联重复事件。54个GePRGs与其他植物的同源基因存在显著的同线性关系。启动子区域含有101个CAEs，这些元件富含MYB结合位点、脱水响应元件和低温响应元件，表明它们可能参与非生物胁迫和病原体防御反应。表达分析显示：GeLRR-RLK12、GeLec-RLK15和GeLRR-RLK28在早期发育阶段高表达，而GeLRR-RLK24、GeLec-RLK2、GeLec-RLK3和GeLec-RLK8在整个发育过程中持续上调。茎色为浅绿色的G. elata（GELG）样本中GePRGs的整体表达水平最高，其中GeLRR-RLK17、GeLRR-RLK36、GeLYK1和GeLec-RLK13的表达尤为显著。

结论

本研究系统地分析了GePRGs的特征、进化关系和表达模式，为天麻的抗病育种和优良种质选育提供了宝贵的遗传资源。