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花生是重要的油料和经济作物，但青枯病（BW）严重制约其产量。研究人员开展花生 BAG 基因家族研究，鉴定出 13 个 AhBAG 基因，发现其在抗病和激素响应中起作用。该研究为花生抗逆育种提供遗传资源。
花生，作为全球重要的油料和经济作物，在农业经济和粮食安全领域占据着举足轻重的地位。2023 年，全球花生种植面积约达 3100 万公顷，平均每公顷产量 1755 千克，总产量高达 5430 万吨，且呈持续增长的态势。然而，花生的高产之路却布满荆棘，其中，由青枯菌（Ralstonia solanacearum）引发的青枯病（BW）堪称 “植物癌症”，是影响花生产量的最大威胁之一。
青枯菌这种土壤传播的病原菌十分狡猾，它会通过花生根部的伤口侵入，然后在维管束组织中 “安营扎寨” 。在那里，它大肆分泌胞外多糖和细胞壁降解酶，堵塞水分运输通道，致使花生出现萎蔫、黄化症状，还会产生特有的菌脓。在热带和亚热带地区，青枯病尤为猖獗，严重时感染率可达 80%，让无数农户的心血付诸东流。尽管像远杂 9102 和粤油 92 等抗病品种在病区能将发病率控制在 8% 以内，但由于抗性遗传基础狭窄，且相关分子机制尚不明确，花生抗病育种工作的推进困难重重。
与此同时，Bcl - 2 相关抗凋亡蛋白（BAG）基因家族在植物生长、发育及应对各种压力中发挥着关键作用。在模式植物中，BAG 蛋白已被证实参与耐热性、耐盐性和病原体防御等过程。然而，在花生这一重要作物中，BAG 基因家族却一直未得到深入研究，这无疑限制了利用该基因家族提升花生抗青枯病能力的育种进程。
为了填补这一知识空白，河南农业大学的研究人员开展了一项系统性研究。他们旨在全面解析花生 BAG 基因家族的特征，挖掘其在抗青枯病和激素响应中的潜在功能，为花生分子育种提供重要的遗传资源，从而培育出更具抗逆性的花生品种。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 BLASTP 和 HMMER 搜索工具，结合 NCBI 保守结构域数据库（CDD），在花生基因组中精准鉴定出 BAG 基因。随后，利用 MEGA11 软件进行多物种 BAG 蛋白序列比对，构建系统发育树，分析基因进化关系。此外，借助 TBtools、MEME、PlantCARE 等生物信息学工具，对基因结构、染色体定位、保守基序、顺式作用元件等进行深入分析。同时，利用公共 RNA - seq 数据和定量实时 PCR（qRT - PCR）技术，研究基因的组织特异性表达和在不同处理下的表达动态变化 。
花生 BAG 基因家族的全基因组鉴定与特征分析
研究人员通过系统的生物信息学分析，在花生基因组中成功鉴定出 13 个推定的 BAG 家族基因。这些基因编码的蛋白质在氨基酸长度、分子量、等电点、稳定性和疏水性等方面存在显著差异。而且，多数 AhBAG 蛋白被预测定位于叶绿体、细胞核和过氧化物酶体等不同的细胞区室，暗示它们在不同细胞功能中各司其职。
AhBAG 基因的系统发育进化与染色体分布
研究人员将花生的 13 个 BAG 基因与拟南芥、番茄、水稻的 BAG 基因一起构建系统发育树，结果显示，BAG 蛋白可分为四个不同的进化枝。这表明在进化过程中，BAG 基因既保留了保守性，又发生了物种特异性的分化。染色体定位分析发现，13 个 AhBAG 基因不均匀地分布在 11 条染色体上，部分染色体上存在 paralogous 基因对，这意味着片段复制可能是 AhBAG 基因家族扩张的主要驱动力 。
基因结构与保守基序分析
不同进化枝的 AhBAG 基因结构差异明显。例如，进化枝 II 中的成员结构较为简单，部分基因只有一个外显子；而进化枝 IV 中的基因则具有保守的四个外显子结构。所有 AhBAG 蛋白都含有标志性的 BAG 结构域，部分蛋白还含有 IQ 结构域或泛素样（UBQ）结构域，这些结构域的差异与基因功能密切相关。此外，通过 MEME 分析鉴定出 10 个保守基序，不同进化枝的 AhBAG 蛋白在基序组成上存在差异，进一步支持了功能分化的观点 。
基因组共线性与顺式作用元件分析
共线性分析表明，栽培花生的 AhBAG 基因在野生花生和拟南芥中存在直系同源基因，这说明 BAG 基因在进化过程中功能具有一定的保守性。对 AhBAG 基因启动子区域顺式作用元件的分析发现，其中富含激素响应元件，如脱落酸（ABA）响应元件 ABRE、茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件等，这表明 AhBAG 基因可能通过 ABA/JA 信号通路参与病原体防御和激素响应 。
组织特异性表达与胁迫响应动态变化
研究人员分析公共 RNA - seq 数据和 qRT - PCR 结果发现，AhBAG 基因在不同组织中的表达模式差异显著。部分基因在多个组织中高表达，如 AhYSVF0U 在雌蕊、叶片、根和根瘤中表达量较高；而有些基因则呈现出组织特异性表达，如 AhII6FYR 在雌蕊中表达量极高。在生物和非生物胁迫下，AhBAG 基因的表达呈现出基因型和时间依赖性变化。例如，在抗青枯病品种 H108 中，AhYSVF0U 在青枯菌侵染 7 天后根部表达上调 5 倍；ABA 处理后，H108 叶片中 AhYSVF0U 在 1 天后表达诱导 8 倍 。
蛋白互作网络与功能关联
通过 STRING 数据库预测 AhBAG 蛋白的互作网络，发现 AhYSVF0U 处于核心位置，与热休克蛋白 20（HSP20）家族伴侣蛋白、木聚糖酶抑制剂和钙调蛋白等相互作用。这表明 AhYSVF0U 可能在整合伴侣活性、细胞壁强化和钙信号传导等过程中发挥关键作用，从而协调花生对多种胁迫的适应性反应 。
研究人员通过全面深入的研究，系统地鉴定和分析了花生 BAG 基因家族。他们发现该家族基因在花生各组织中呈现出多样化的表达模式，并且在应对青枯菌侵染和激素处理时发挥着重要的调控作用。其中，AhYSVF0U 基因在抗病反应中表现出显著的调控潜力，有望成为花生抗病育种的关键候选基因。
这项研究为深入理解花生 BAG 基因家族的生物学功能和分子机制奠定了坚实基础，也为花生抗逆育种提供了宝贵的遗传资源。未来，研究人员可进一步通过转基因过表达等方法对关键基因进行功能验证，加速培育具有更强抗逆性的花生新品种，助力全球花生产业的可持续发展。
