玉米泛基因组中膜联蛋白基因家族的进化变异与表达模式解析及其在抗逆调控中的重要作用

本研究针对单参考基因组无法全面反映物种遗传多样性的局限，利用26个高质量玉米泛基因组数据，系统解析了膜联蛋白(Annexin, Ann)基因家族的结构变异、选择压力及表达调控特征。研究人员鉴定出12个ZmAnn基因（含9个核心基因和3个近核心基因），发现ZmAnn10在部分品种中受正向选择，并通过共表达网络揭示ZmAnn2/6/7/9参与低温胁迫响应。该研究为作物抗逆育种提供了重要靶点，发表于《Scientific Reports》。

　　

在气候变化加剧的背景下，作物面临日益频繁的低温、干旱等非生物胁迫，而传统育种方法受限于单参考基因组无法捕捉物种全部遗传多样性的瓶颈。膜联蛋白(Annexin)作为钙离子(Ca²⁺)依赖的磷脂结合蛋白家族，在植物应激响应中扮演关键角色，但其在玉米中的进化规律和功能分化尚不清晰。

为解决这一问题，宜宾大学农业、林业与食品工程学院联合四川省油樟工程技术研究中心的研究团队，利用包含26个玉米品系的泛基因组数据，首次系统开展了ZmAnn基因家族的跨品种比较研究。研究发现该家族成员在玉米进化过程中呈现高度保守性，其中ZmAnn10在部分品种中表现出适应性进化特征。相关成果发表于《Scientific Reports》，为作物抗逆分子设计育种提供了新视角。

研究主要采用四种关键技术：1）基于HMMER和Blastp的跨基因组基因鉴定；2）利用KaKs Calculator 2.0进行选择压力分析；3）整合26个品系的RNA-seq数据构建共表达网络(WGCNA)；4）通过qPCR验证低温胁迫下的基因表达模式。

结果

玉米泛基因组中膜联蛋白基因的鉴定

在26个玉米基因组中鉴定出12个ZmAnn基因，包括9个核心基因（存在于所有品系）和3个近核心基因（存在于24-25个品系）。值得注意的是，ZmAnn12在B73参考基因组中仅存在共线性片段，揭示单基因组研究的局限性。

玉米膜联蛋白基因的系统发育与选择压力分析

系统发育分析将ZmAnn分为6个亚群，其中ZmAnn12单独构成VI组。Ka/Ks分析显示ZmAnn10在部分品种中Ka/Ks>1，提示其经历正向选择，而其他基因主要受纯化选择。

结构变异对ZmAnn基因的影响

结构变异(SVs)导致B97品系的ZmAnn3仅保留1个外显子（常规为5个），且ZmAnn11表达显著受SVs调控。约58.3%的ZmAnn蛋白定位于线粒体，暗示其可能参与能量代谢调控。

低温胁迫下的共表达网络

WGCNA分析发现ZmAnn2/7与泛素化修饰通路相关，ZmAnn6参与羧酸代谢，ZmAnn9调控酰胺生物合成。qPCR验证显示ZmAnn2/4/6/8在低温处理后表达量显著提升2-4倍。

讨论与意义

该研究首次在泛基因组尺度揭示玉米膜联蛋白家族的进化动力学，发现ZmAnn10的正向选择特征为作物环境适应性研究提供新线索。鉴定到的低温响应模块（如ZmAnn2-OST1-Ca²⁺信号级联）与拟南芥中报道的保守通路高度相似，证实该家族在单子叶与双子叶植物中功能保守。研究提出的"非典型膜联蛋白"概念（如B97_Ann3）拓展了对基因功能多样性的认知，为作物抗逆遗传改良提供了多维度靶点库。