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在大豆种植中，土壤中的盐、铝、铬等非生物胁迫影响产量。研究人员开展大豆 SABATH 基因家族研究，鉴定出 28 个基因，分析其特性和表达模式。结果表明该家族基因在大豆应对胁迫中起重要作用，为大豆抗逆育种提供依据。
大豆，作为全球广泛种植的粮油作物，在保障人类粮食供应和营养需求方面发挥着关键作用。然而，随着全球环境的变化，大豆的产量和品质正面临着严峻挑战。土壤中的盐、铝、铬等非生物胁迫因子，就像隐藏在大豆生长之路上的 “暗礁”，严重阻碍着大豆的健康生长，导致产量降低，品质下降，甚至影响到人类的食品安全。此前，虽然在其他植物中对 SABATH 基因家族有了一定研究，但在大豆领域，对这一家族基因的系统性分析还处于空白状态，尤其是它们在大豆应对铝、铬毒性胁迫中的作用，更是知之甚少。为了填补这一知识空白，探寻大豆抗逆的分子机制，来自海南省农业科学院三亚研究院、海南省蔬菜生物学重点实验室等多个国内研究机构的研究人员，开启了对大豆 SABATH 基因家族的深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为大豆抗逆育种提供了重要的理论基础，有望助力培育出更具抗逆性的大豆品种，保障全球大豆的稳定供应。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过生物信息学手段，从大豆数据库中筛选并鉴定 SABATH 基因；利用在线工具预测基因的亚细胞定位、分析蛋白质特性。其次，运用系统发育分析构建进化树，研究基因的进化关系；借助共线性分析软件，明确基因复制事件。最后，通过转录组数据分析基因在不同组织和胁迫下的表达情况，并用 qPCR 对部分基因的表达模式进行验证。
大豆 SABATH 蛋白的鉴定与序列分析
研究人员以拟南芥中的 24 个 SABATH 家族成员为参照，在大豆蛋白质数据库中进行 BLAST 搜索，经过多轮筛选，最终成功鉴定出 28 个大豆 SABATH 家族蛋白。这些蛋白的氨基酸数量、分子量和理论等电点各不相同，亚细胞定位预测显示它们大多位于细胞质或细胞核。基因在染色体上的分布呈现出一定规律，部分基因成簇分布在特定染色体上，如 9 号、16 号和 18 号染色体，暗示着基因复制事件的发生1。
GmSABATHs 的系统发育与保守基序分析
基于 DNA 和蛋白质序列构建的进化树表明，大豆 SABATH 基因家族可分为三个组（I 组、II 组和 III 组） 。不同组的基因有着独特的序列特征和基序分布模式，同一亚组的蛋白基序类型和分布相似。例如，I 组包含参与吲哚 - 乙酸羧基甲基转移酶（IAMT）等多种酶相关的基因，结构更为复杂；II 组中水杨酸 O - 甲基转移酶（SAMT）成员聚集在一起23。
代表性植物 SABATH 基因家族的系统发育分析
通过下载多种植物的 SABATH 蛋白序列构建进化树，研究发现不同植物的 SABATH 基因家族可分为多个不同功能的亚组，对应不同的甲基转移酶。不同物种植物的 SABATH 基因成员组成差异较大，如水稻主要集中在邻氨基苯甲酸 O - 甲基转移酶 3（AAMT）和 SAMT，大豆则集中在茉莉酸羧基甲基转移酶（JMT）和黄嘌呤核苷甲基转移酶（XMT） ，这表明 SABATH 家族在植物进化过程中发生了多样化，以适应不同的生化功能需求4。
大豆 SABATH 基因组的共线性分析
基因复制是基因家族进化和扩张的重要驱动力。研究发现，大豆 SABATH 家族中有 13 个（9 对）基因属于片段重复基因。通过计算同义替换率（Ka）、非同义替换率（Ks）和 Ka/Ks 比值，发现所有基因的 Ka/Ks 比值均小于 1，表明这些基因受到纯化选择。基因复制时间大多集中在蝶形花科豆类的古代多倍体时期（约 6500 万年前）和大豆特有的全基因组复制时期（约 1000 万年前） ，说明 GmSABATHs 的扩增源于全基因组复制，且在进化过程中保持功能稳定56。
GmSABATHs 在大豆组织中的表达及对非生物胁迫的响应分析
利用公共转录组数据进行热图分析，发现 GmSABATHs 基因在大豆不同组织中的表达水平呈现多样性，部分基因具有组织特异性表达模式。在盐、铝、铬胁迫处理下，基因的转录水平变化多样，不同基因对不同胁迫的响应策略不同。例如，Glyma.01g063100 在盐胁迫下表达下调，在铝胁迫下表达上调；Glyma.18g238800 仅在盐胁迫下表达增加7。
qPCR 验证 GmSABATHs 在盐、铝、铬胁迫下的表达
研究人员从不同种群中筛选出 6 个 GmSABATH 基因成员，通过 qRT - PCR 分析它们在盐、铬、铝处理下的表达模式。结果显示，这些基因对不同离子胁迫呈现出不同的响应模式。如盐处理下，Glyma.18g089800 和 Glyma.01g063100 表达下降，而 Glyma.16g134000 等基因表达上调；铬处理下，Glyma.16g134000 和 Glyma18g238800 表达下降，Glyma.09g254200 则在铬处理下强烈上调，在铝处理下显著下降8。
在本研究中，研究人员成功鉴定出大豆基因组中的 28 个 SABATH 家族基因，全面分析了它们的染色体定位、系统发育关系、保守结构域以及在非生物胁迫下的表达模式。研究结果表明，GmSABATH 基因家族在大豆应对盐、铝、铬等非生物胁迫中发挥着重要作用，不同成员可能通过参与不同的代谢途径或信号传导过程，帮助大豆适应环境挑战。这些发现为进一步研究 SABATH 基因在植物非生物胁迫响应中的功能提供了重要线索，也为大豆抗逆育种提供了潜在的基因靶点。未来，通过对这些基因功能的深入验证，有望利用基因工程手段培育出更具抗逆性的大豆品种，有效应对全球环境变化带来的农业挑战，保障大豆的产量和质量，为农业可持续发展做出重要贡献。
