紫花苜蓿中 PYL 基因家族在植物激素和干旱胁迫下的全基因组鉴定：解锁抗逆遗传密码

为探究紫花苜蓿（Medicago sativa）中 Pyrabactin resistance 1 - like（PYL）基因家族在植物激素和干旱胁迫下的情况，研究人员开展了全基因组鉴定及相关分析。结果发现 41 个 MsPYL 基因，其表达受多种因素影响。该研究为苜蓿抗逆研究提供了新候选基因，意义重大。

　　在植物的奇妙世界里，干旱就像一场可怕的 “天灾”，严重影响着植物的生长和发育。而脱落酸（ABA）作为植物体内一种重要的激素，在帮助植物应对干旱等逆境时发挥着关键作用。ABA 信号转导通路中有个关键角色，那就是 Pyrabactin resistance 1 - like（PYL）蛋白，它作为 ABA 的直接受体，对整个信号通路的调控起着至关重要的作用。此前，虽然在多种植物中都对 PYL 基因进行了研究，但紫花苜蓿中该基因家族的进化和结构特征却鲜为人知。紫花苜蓿作为一种优质的豆科牧草，拥有发达的根系，具备较强的抗旱能力，然而干旱依旧是限制其种植和生产的重要因素。为了深入了解紫花苜蓿应对干旱的机制，挖掘其潜在的抗逆基因资源，甘肃农业大学的研究人员开展了一项关于紫花苜蓿中 PYL 基因家族的研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》上，为后续研究和苜蓿品种改良提供了重要的理论依据。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：从 NCBI 网站获取相关物种的 PYL 蛋白序列文件，通过 Blast 比对、Pfam 程序和 CD - Hit 工具鉴定 MsPYL 基因；利用多种在线工具和软件对基因进行染色体定位、系统进化、保守基序、理化性质等分析；通过挖掘转录组数据和实时荧光定量 PCR（qRT - PCR）分析基因表达模式。
MsPYL 基因的鉴定和染色体分布：研究人员利用隐马尔可夫模型（HMM）和结构域分析，在紫花苜蓿基因组中鉴定出 41 个 MsPYL 基因。这些基因不均匀地分布在 24 条染色体上，其中染色体 3.2 和 5.3 上的 MsPYL 基因数量最多。根据基因在染色体上的位置，它们被命名为 MsPYL1 至 MsPYL41。
MsPYL 蛋白的理化特性：对 MsPYL 蛋白的分析显示，其氨基酸数量、分子量、等电点和脂肪溶解度指数等存在显著差异。蛋白序列长度在 175（MsPYL6）到 231（MsPYL9、MsPYL11、MsPYL17 和 MsPYL18）个氨基酸之间，分子量范围是 19.59（MsPYL6）至 25.31 kDa（MsPYL9、MsPYL11 和 MsPYL18）。亚细胞定位预测表明，MsPYL 蛋白主要位于细胞质。
MsPYL 基因的系统进化和基序分析：通过多序列比对构建系统进化树，将 41 个 MsPYL 蛋白分为 6 个组。同一组中的 MsPYL 基因具有相似的保守基序，暗示它们可能具有相似的功能。
MsPYL 基因的共线性和启动子分析：MsPYL 基因存在 29 个串联重复事件，表明其进化可能主要依赖片段复制。启动子分析发现，MsPYL 基因启动子区域包含大量与激素、光、低温、胁迫和生长发育相关的顺式作用元件，其中激素和光响应元件占比最大。
MsPYL 基因的结构和表达模式分析：MsPYL 基因的外显子数量在 1 到 4 之间，内含子数量在 0 到 3 之间，部分基因不含内含子。转录组数据分析表明，干旱胁迫下 MsPYL 基因家族的表达发生显著变化，不同品种的紫花苜蓿中基因表达模式存在差异。
MsPYL 基因的组织特异性表达分析：研究发现，MsPYL 基因在根和叶中均有表达，且对不同激素处理呈现不同的响应。部分基因在整个生长周期中持续表达，部分基因仅在激素处理后表达，ABA 对一些基因的诱导作用尤为显著。
研究结论和讨论部分指出，41 个 MsPYL 基因在紫花苜蓿应对干旱胁迫以及生长发育过程中发挥着重要作用。MsPYL 基因家族成员具有相似的结构和功能，可能在植物激素信号转导、转录因子活性调节等生物学过程中发挥关键作用。该研究为进一步探索 MsPYL 基因的功能提供了理论基础，也为培育抗旱紫花苜蓿新品种提供了新的候选基因，对提高紫花苜蓿在干旱环境下的产量和品质具有重要意义。未来，研究人员可以基于这些发现，深入研究 MsPYL 基因的具体调控机制，为农业生产中的抗逆育种提供更有力的支持。