全基因组解析马铃薯 Rop GTPase 家族成员：解锁其在生物胁迫应答中的关键潜能

《BMC Plant Biology》：Genome-wide identification and analysis of Rop GTPase family members reveal their potential functions in biotic stress in potato (Solanum tuberosum L.)

为探究马铃薯应对生物胁迫的机制，内蒙古农业大学等机构的研究人员开展了 “Genome-wide identification and analysis of Rop GTPase family members reveal their potential functions in biotic stress in potato” 的研究。他们鉴定出 11 个 StRop 基因，发现其在不同组织和病原菌处理下表达各异，沉默部分基因会增加马铃薯对病原菌的易感性，该研究为马铃薯抗逆育种提供了理论依据。

　　在植物的微观世界里，小 GTP 酶（Small GTPase）如同一个个精密的 “分子开关”，掌控着众多重要的生理活动。其中，Rop（RHO of plants）蛋白作为植物特有的 RHO 小 GTP 结合蛋白亚家族，在调节植物生长发育和应对环境胁迫方面发挥着关键作用。然而，在全球重要粮食作物马铃薯中，对 Rop 蛋白的研究却相对有限。

马铃薯作为世界第四大粮食作物，养活了全球 15 亿人口。但它 “娇弱” 得很，在生长过程中，极易受到各种生物胁迫的威胁，像晚疫病、枯萎病等真菌病害，让种植户们头疼不已。随着全球气候变化，这些问题愈发严重，严重影响马铃薯的产量和质量。因此，挖掘马铃薯应对生物胁迫的关键基因，就成了农业科研的重要任务，这不仅能为马铃薯育种提供新方向，还能保障全球粮食安全。

内蒙古农业大学等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项关于马铃薯 Rop GTPase 家族的研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。

为了深入了解马铃薯 Rop GTPase 家族，研究人员运用了多种技术手段。首先，从马铃薯基因组中精准地鉴定出 11 个 Rop 家族成员（StRop1 - StRop11）。接着，借助系统发育分析，构建了包含拟南芥、水稻、番茄和马铃薯 Rop 蛋白的进化树，探究它们之间的进化关系；利用染色体定位和共线性分析，明确 StRop 基因在染色体上的分布和复制情况；通过基因结构和保守基序分析，揭示基因的结构特征；对启动子顺式作用元件的分析，则挖掘出与胁迫和激素响应相关的关键调控元件。在研究基因功能时，研究人员选取了三个马铃薯品种（‘Hutou’、‘Wumeng601’和‘Zihuabai’），用致病疫霉（Phytophthora infestans）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum ）和大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）对其进行处理，运用实时荧光定量 PCR（qRT - PCR）技术，分析 StRop 基因在不同组织和病原菌处理下的表达变化。同时，采用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术，沉默特定的 StRop 基因，观察马铃薯对病原菌的抗性变化。

研究结果显示，11 个 StRop 基因在马铃薯 6 条染色体上分布不均，部分基因存在串联或片段复制现象，这表明基因复制在 Rop 基因家族的扩张中发挥了重要作用。进化树分析将 Rop 蛋白分为 5 个组，StRop 蛋白与其他物种的 Rop 蛋白存在同源关系，且具有保守的功能结构域。顺式作用元件分析发现，StRop 基因启动子区域含有大量与胁迫和激素响应相关的元件，暗示其在应对生物胁迫和激素调控中具有重要作用。

在组织特异性表达方面，11 个 StRop 基因在不同组织中的表达存在差异。StRop6 在多数组织中高表达，而 StRop3 和 StRop9 表达量较低。部分基因在叶片和花中表达较高，表明它们可能参与叶片和花的发育过程。

生物胁迫响应研究表明，在感染不同病原菌后，多数 StRop 基因的表达发生显著变化。在晚疫病抗性品种‘Zihuabai’中，StRop2 和 StRop8 在感染致病疫霉后表达大幅上调；在感染尖孢镰刀菌和大丽轮枝菌时，多个 StRop 基因的表达也出现明显变化，且不同品种间存在差异。

沉默实验进一步验证了 StRop 基因的功能。沉默 StRop3、StRop7 和 StRop8 后，马铃薯对致病疫霉和大丽轮枝菌的易感性增加；沉默 StRop6 则导致大丽轮枝菌在马铃薯根部的定殖增强。

综合研究结论和讨论部分，该研究首次在马铃薯全基因组范围内对 Rop GTPase 家族进行了全面分析，揭示了 StRop 基因的结构特征、进化关系、表达模式及其在生物胁迫应答中的潜在功能。这些发现为深入理解马铃薯应对生物胁迫的分子机制奠定了基础，也为马铃薯抗病育种提供了有价值的基因资源和理论依据。未来，研究人员可以进一步探究 StRop 基因介导的信号通路和防御机制，通过基因工程手段培育出更具抗性的马铃薯品种，为保障全球粮食供应贡献力量。