编辑推荐：
为解决石斛属植物谷氨酸受体样（GLRs）基因相关信息缺乏的问题，研究人员开展了对三种石斛 GLRs 基因全基因组鉴定及表达分析的研究。结果共鉴定出 25 个 GLRs 基因，明确其特性、功能等。为后续研究奠定基础。
在神奇的植物世界里，石斛宛如一颗璀璨的明珠。石斛属是兰科第二大属，拥有约 1100 种植物，许多石斛都具有极高的药用价值。比如铁皮石斛（Dendrobium catenatum），它不仅能呵护肠胃健康，还能滋阴清热、对抗肿瘤；鼓槌石斛（Dendrobium chrysotoxum）可用于治疗慢性胃炎和胃癌前病变，同时具备抗氧化、抗菌和降血糖等神奇功效；金钗石斛（Dendrobium nobile）则有望成为治疗多种疾病，如胃肠道疾病、酒精性肝病、阿尔茨海默病和 2 型糖尿病的 “秘密武器” 。
然而，石斛的生长之路并非一帆风顺。不利的环境因素成为了它们茁壮成长的 “拦路虎”，其中，由立枯丝核菌（Sclerotium delphinii）引发的南方疫病，严重影响了石斛的产量。这种病菌会分泌多种细胞壁降解酶，其菌丝还能穿透寄主组织，导致局部坏死，给石斛产业带来了巨大的经济损失。
在植物的生命活动中，谷氨酸受体样（GLRs）基因扮演着极为重要的角色。它最初在动物中被发现，在动物体内，离子型谷氨酸受体形成阳离子选择性通道，参与调节各种神经、精神和情感相关的活动。而在植物里，GLRs 基因作为谷氨酸受体的同源基因，同样发挥着关键作用。它参与调控植物的根发育、种子萌发、花粉管生长等生长发育过程，还在植物应对伤口、寒冷、炎热、干旱、盐分等环境胁迫，以及抵抗病原菌感染和响应植物激素等方面，都有着不可或缺的作用。
但令人遗憾的是，对于石斛属植物中 GLRs 基因的了解，科学界几乎一片空白。为了填补这一知识 “黑洞”，来自六盘水师范学院的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》杂志上，为深入了解石斛属植物 GLRs 基因家族提供了宝贵的线索，也为后续的功能研究和分子育种奠定了坚实的基础。
研究人员开展研究时，采用了多种关键技术方法。首先，从 NCBI 数据库获取三种石斛（铁皮石斛、鼓槌石斛和金钗石斛）已公开的基因组数据，同时从 TAIR 数据库获取 20 条拟南芥（Arabidopsis thaliana）AtGLRs 序列。接着，运用 BLASTP 搜索方法，在三种石斛的基因组数据库中查找 GLRs 基因。最后，借助生物信息学手段，对所鉴定出的 GLRs 基因进行全面分析，包括理化性质、基序组成、基因结构等。
石斛属 GLRs 基因的鉴定
研究人员通过上述技术，在铁皮石斛中鉴定出 8 个 CaGLRs，鼓槌石斛中鉴定出 8 个 ChGLRs，金钗石斛中鉴定出 9 个 NoGLRs，共计 25 个 GLRs 基因。对这些基因编码的蛋白质进行分析后发现，它们的氨基酸数量在 709（ChGLR3.1）到 976（ChGLR1.1）之间，预期分子量从 78.76 kDa（ChGLR3.1）到 107.92 kDa（ChGLR1.2）不等，等电点范围为 5.37（NoGLR1.2）到 8.32（CaGLR3.3 和 CaGLR3.4） ，不稳定性也有所差异。由此可见，不同石斛种中的 GLRs 基因在编码蛋白质的特性上存在明显差异。
系统发育分析与基因分类
研究人员通过构建系统发育树，对这 25 个 GLRs 基因进行分析，结果发现这些基因可分为三个亚家族。这表明在进化过程中，石斛属的 GLRs 基因存在着明显的分化，不同亚家族可能在功能上有所分工，分别承担着不同的生物学使命。
基因结构与基序分析
进一步对基因结构和基序进行研究，发现同一亚家族内的 GLRs 基因结构和基序具有较高的保守性。这意味着在漫长的进化历程中，这些基因的基本结构和重要组成部分得以保留，暗示它们在功能上可能具有相似性或相关性，共同为石斛属植物的生长发育和环境适应发挥作用。
共线性分析
在三种石斛的 GLRs 基因中，研究人员还发现了 22 对涉及 18 个成员的同源基因对。这一结果充分表明，这些 GLRs 基因在进化过程中具有较高的保守性，可能在不同石斛种中执行着相似的生物学功能，是石斛属植物在长期进化过程中保留下来的重要遗传资源。
顺式作用元件分析
对 GLRs 基因启动子区域的顺式作用元件进行分析，发现其中包含多种与植物生长发育、激素响应和环境胁迫相关的元件。这揭示了 GLRs 基因调控的复杂性和多样性，它们能够通过这些顺式作用元件，感知植物体内外的各种信号，进而精细地调节自身的表达水平，以适应不同的生长环境和生理需求。
基因表达分析
通过转录组数据分析，研究人员发现不同的 GLRs 基因成员在石斛的生长发育过程中呈现出不同的表达模式。部分 GLRs 基因参与了病原菌感染过程和激素响应过程，这表明它们在石斛应对外界生物胁迫和调节自身生长发育方面发挥着关键作用。例如，在受到病原菌感染时，某些 GLRs 基因的表达水平会发生显著变化，可能启动一系列防御机制，帮助石斛抵抗病原菌的侵害。
在研究结论部分，研究人员成功鉴定出石斛属三种植物中的 25 个 GLRs 基因家族成员，并对其理化性质、进化关系、基因结构和表达模式等进行了全面而深入的分析。这些基因被分为三个亚家族，且在进化过程中相对保守。同时，研究还揭示了 GLRs 基因调控的复杂性和多样性，以及它们在石斛生长发育、病原菌感染和激素响应等过程中的重要作用。
在讨论部分，研究人员指出，尽管在其他植物中对 GLRs 基因已有一定的研究，但在兰科植物中，相关信息仍然十分匮乏。此次对石斛属植物 GLRs 基因的研究，填补了这一领域的部分空白，为后续深入研究 GLRs 基因在兰科植物中的功能，以及利用这些基因进行分子育种，培育具有优良性状的石斛品种，提供了重要的理论依据和实践指导。这一研究成果不仅有助于人们更好地理解石斛属植物的生长发育机制和环境适应策略，还为兰科植物的保护和利用开辟了新的途径，具有重要的科学意义和应用价值。
