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为解决紫花苜蓿（Medicago sativa L.）POD 基因家族缺乏全基因组分析的问题，研究人员开展了紫花苜蓿 PRXIII基因家族全基因组鉴定与表达分析研究。结果显示，共鉴定出 343 个 MsPOD 基因，部分基因在不同组织和非生物胁迫下差异表达。这为提升紫花苜蓿抗逆性提供理论依据。
紫花苜蓿，作为豆科草本植物，在中国有着近 2000 年的种植历史，一直是畜牧业中极为重要的蛋白质饲料来源。因其营养价值高、适应性强、易消化等特点，被赞誉为 “牧草之王”。Ⅲ 类过氧化物酶（PRX
III）在植物生长、发育和抵御病虫害等过程中发挥着关键作用。然而，此前针对紫花苜蓿在这一领域的研究却十分有限，仅对其过氧化物酶（POD）的序列和结构进行过初步验证，且相关基因功能仅在拟南芥中得到验证，紫花苜蓿自身的基因组分析进展缓慢。这主要是因为紫花苜蓿是同源四倍体，基因组高度杂合、重复且复杂，使得研究的精细度和准确性远不如其他物种。
为了深入了解紫花苜蓿 PRXIII基因家族，中国农业科学院动物科学研究所的研究人员展开了全面研究。他们对紫花苜蓿 PRXIII基因家族进行全基因组鉴定和表达分析，并探究其在非生物胁迫响应中的功能。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为紫花苜蓿的抗逆研究和品质改良提供了重要的理论依据。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是生物信息学技术，通过 BLASTP 比对和结构域筛选，从紫花苜蓿基因组中鉴定 MsPOD 基因；二是利用 MEGA11、MEME 等软件进行系统发育分析、基因结构和保守基序分析；三是借助 TBtools、MCScanX 等工具开展染色体定位和共线性分析；四是通过 RNA-seq 技术分析基因在不同组织和胁迫条件下的表达情况，并利用实时定量 PCR（qRT-PCR）进行验证。
研究结果如下：
- MsPOD 基因的鉴定、特征及理化性质：以拟南芥 PRXIII家族蛋白序列为参考，经筛选和去冗余，共鉴定出 343 个独特的 MsPOD 基因，并依据染色体位置重新命名。对这些基因的理化性质分析发现，多数基因编码的蛋白定位于细胞内，其中以叶绿体最为常见。部分基因编码的蛋白不稳定系数较高，等电点和蛋白长度差异显著。
- 系统发育分析：通过构建系统发育树，发现紫花苜蓿和拟南芥的 POD 家族可分为五组，其中第四组最大，第三组最小。
- 基因结构和保守结构域分析：利用 MEME 工具鉴定出 10 个相关保守基序，MsPOD 基因间基序差异不明显，但内含子和外显子长度差异较大，部分基因几乎无内含子。仅有 MsPOD154 编码过氧化物酶，其他基因无特定过氧化物酶结构域。
- 染色体定位和共线性分析：343 个基因中，19 个未定位到染色体，其余分布在 32 条染色体上。chr2.4 基因数量最多，chr7.3 和 chr7.4 最少。基因复制分析表明，紫花苜蓿 PRXIII家族存在 39 次串联重复和 234 次片段重复。紫花苜蓿与拟南芥、蒺藜苜蓿的共线性分析发现，紫花苜蓿与蒺藜苜蓿的共线基因对更多。
- 顺式作用元件分析：对 POD 家族基因上游 2000bp 的顺式调控元件分析发现，光响应元件最为丰富，此外还存在多种与激素、生长发育和胁迫响应相关的元件。
- 不同组织中的表达谱分析：通过分析不同组织的转录组数据，发现 257 个 MsPOD 基因至少在一种组织中表达，61 个基因在六种组织中均表达，部分基因具有组织特异性表达。
- 非生物胁迫下的表达分析：研究不同胁迫下 POD 家族基因的表达谱发现，盐胁迫激活的基因最多，部分基因能同时响应多种胁迫，且不同基因在不同胁迫下表达模式各异。qRT-PCR 验证结果表明 RNA-seq 数据可靠。
研究结论和讨论部分指出，紫花苜蓿 POD 基因家族在植物生长、发育、光合作用和非生物胁迫响应中发挥着重要作用。POD 基因在染色体上分布不均，基因复制是其家族扩张的主要因素，片段重复和串联重复共同推动了该家族的进化。不同组织中 POD 基因的表达差异暗示其功能的多样性，例如 MsPOD10 和 MsPOD45 可能在花中参与光响应、厌氧诱导和昼夜节律调节；MsPOD91 可能通过参与茉莉酸、水杨酸和脱落酸信号调节来响应低温胁迫。此外，研究还发现 24 个基因参与了对三种逆境的响应，这些基因的鉴定为紫花苜蓿抗逆育种提供了重要靶点。
总的来说，该研究首次对紫花苜蓿 PRXIII基因家族进行全面分析，为进一步研究其功能和调控机制奠定了基础。未来研究可聚焦于特定 MsPOD 基因的功能验证，深入探究其在活性氧（ROS）稳态调节中的作用机制，有望通过基因工程手段提高紫花苜蓿的抗逆性，为畜牧业提供更高质量的饲料，推动畜牧业的可持续发展。
