编辑推荐：
为探究红枫（Acer rubrum）叶色变化遗传机制，研究人员鉴定 UGT 基因家族，发现 ArUGT52 参与花青素合成，具重要意义。
红枫，一种原产于美国东部的落叶乔木，以其绚丽的秋叶闻名于世，是园林景观中备受青睐的观赏树种。在红枫的叶片中，黄酮类色素的存在使得其叶色在不同季节和品种间呈现出从翠绿到火红的丰富变化，其中花青素（anthocyanin）的合成与积累更是让红枫的秋叶格外夺目。然而，尽管 UDP - 糖基转移酶（UDP-glycosyltransferase，UGT）基因家族在植物色素合成过程中起着关键作用，对红枫 UGT 基因家族的研究却一直处于空白状态，这限制了人们对红枫叶色变化遗传机制的深入理解，也阻碍了通过基因调控手段优化红枫观赏性状的研究进展。
为了填补这一研究空白，安徽农业大学林学与园林学院、安徽省农业科学院农业工程研究所等单位的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为揭示红枫叶色变化的奥秘提供了重要线索，也为园林植物的遗传改良和抗逆研究开辟了新的方向。
在研究过程中，研究人员运用了多种技术方法。首先，通过 BLASTP 相似性搜索和隐马尔可夫模型（HMM）搜索相结合的策略，在红枫基因组中全面鉴定 UGT 基因。随后，利用 MEGA11 软件构建系统发育树，分析基因的进化关系；借助 TBtools 等工具对基因结构、保守基序进行分析，确定基因在染色体上的位置并探究基因复制事件。为研究基因功能，研究人员采集不同颜色的红枫秋叶及低温处理的样本，进行转录组分析和定量实时聚合酶链反应（qPCR），以检测基因表达变化。此外，还通过烟草（Nicotiana benthamiana）瞬时表达实验和体外生化测定，进一步验证关键基因的功能。
研究结果如下：
- 红枫 UGT 基因家族的鉴定与特征分析：研究人员共鉴定出 249 个红枫 UGT 基因（ArUGT），这些基因编码的蛋白质序列长度和分子量存在显著差异。基因在 30 条染色体上呈不均匀分布，共发现 21 个串联重复事件和 66 个片段重复事件，这表明基因重复在红枫 UGT 基因家族的扩张和进化中发挥了重要作用。
- 系统发育分析：构建的系统发育树显示，ArUGT 蛋白可分为 18 个不同的亚组，其中部分亚组在进化上与拟南芥（Arabidopsis thaliana）中已知功能的 UGT 蛋白密切相关，如 AtUGT78D2 与多个 ArUGT 蛋白亲缘关系较近，暗示这些 ArUGT 蛋白可能在花青素合成中具有相似功能。
- 基因表达分析：转录组分析和 qPCR 验证结果表明，在红枫不同颜色叶片中，多个 ArUGT 基因呈现差异表达。与绿色叶片相比，ArUGT52 等基因在红色叶片中显著上调。在低温胁迫下，也有多个 ArUGT 基因表达发生变化，ArUGT52 在 4°C 时表达量明显增加，这表明 ArUGT 基因参与了红枫叶片颜色变化和低温胁迫响应过程。
- ArUGT52 的功能验证：亚细胞定位实验显示，ArUGT52 主要定位于细胞质。烟草瞬时表达实验表明，过表达 ArUGT52 可显著增加花青素积累，且在低温胁迫下花青素含量进一步上升。体外生化测定发现，ArUGT52 能够催化黄酮醇和花青素苷元的糖基化反应，生成相应的糖苷产物，这揭示了 ArUGT52 在花青素生物合成中的关键作用机制。
综上所述，该研究首次对红枫 UGT 基因家族进行了全面分析，明确了其在叶色变化和低温胁迫响应中的重要作用，尤其是 ArUGT52 基因，它在花青素生物合成过程中扮演着关键角色。这一研究成果不仅为深入理解红枫叶色变化的遗传机制提供了理论依据，也为园林植物的遗传改良提供了潜在的分子靶点。通过调控 UGT 基因表达，有望培育出叶色更加鲜艳、抗寒性更强的红枫品种，提升其在园林景观中的应用价值。同时，研究中发现的基因与低温胁迫的关系，也有助于揭示植物应对环境变化的分子机制，为其他植物的抗逆研究提供参考。不过，该研究也存在一定局限性，如仅聚焦于叶片组织的基因表达，对其他组织和发育阶段的研究还有待加强，未来需要进一步探索其他 ArUGT 基因的功能，以完善对红枫 UGT 基因家族的认识。
