红树姐妹种Kandelia obovata和Kandelia candel中DCL、AGO和RDR基因家族的全基因组鉴定与冷胁迫响应机制研究

本研究针对红树植物低温适应机制的关键科学问题，系统鉴定了姐妹种Kandelia obovata和K. candel中RNA干扰通路核心基因家族（AGO/DCL/RDR），发现K. obovata特有的KoDCL3和KoRDR5等基因可能通过小RNA(sRNA)调控网络增强其冷耐受性，为红树植物抗逆育种提供了新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，红树林作为重要的海岸带生态系统面临着前所未有的生存挑战。其中，低温胁迫成为限制红树植物向高纬度扩张的关键瓶颈。尤其引人关注的是，同属红树科的姐妹种Kandelia obovata和K. candel虽共享热带起源，却展现出显著的耐寒性差异——前者能在中国最北端的红树林自然分布区存活，后者则局限于更温暖的南方海域。这种自然形成的"进化对照组"为解析植物低温适应机制提供了绝佳模型。浙江海洋大学渔业学院的研究团队在《Biochemistry and Biophysics Reports》发表的最新研究，首次从基因组层面揭示了这对姐妹种在RNA干扰(RNAi)通路关键元件上的分子差异，为破解红树植物"抗寒密码"提供了新见解。

研究团队采用多组学联用策略：通过HMMER搜索从全基因组中鉴定AGO/DCL/RDR基因家族成员；运用MEGA11构建系统发育树；利用PlantCARE分析启动子顺式作用元件；结合转录组数据绘制组织特异性与胁迫响应表达图谱；借助STRING数据库预测蛋白互作网络；并采用SWISS-MODEL进行三维结构建模。

3.1 基因家族鉴定与结构分析

在K. obovata和K. candel中分别鉴定出8/6个AGO、4/3个DCL和5/4个RDR基因。值得注意的是，K. obovata特有的KoDCL3和KoRDR5可能与其增强的冷耐受性相关。基因结构分析显示，DCL家族基因长度显著长于其他家族，如KoDCL4超过15,000 bp。

3.2 系统发育分析

基于5个物种的进化分析将58个AGO基因分为AGO1/2/4三个亚家族，22个DCL基因分为DCL1-4亚型，27个RDR基因归入RDR1/2/3/6分支。特别发现K. obovata的AGO4a/4b位于不同进化分支，暗示基因复制后的功能分化。

3.3 启动子顺式作用元件

在396个顺式元件中，KoAGO4b、KoDCL3等基因含有低温响应元件，而光响应元件占比最高（38%）。KoAGO1启动子区域包含44个调控元件，为家族之最。

3.4 表达模式解析

低温胁迫下，KoAGO1/4a/4b在早期显著上调，而DCL家族成员在恢复期呈现爆发式表达。盐碱胁迫中，DCL基因表达量与胁迫强度呈正相关。特别值得注意的是，RDR家族在叶片中普遍高表达，暗示其在光合组织中的特殊功能。

3.5 蛋白互作网络

核心蛋白AGO1-DCL2-RDR6形成紧密互作模块，与拟南芥同源网络高度保守，但K. obovata特有的KoRDR5展现出独特连接模式，可能参与物种特异的胁迫响应通路。

3.6 三维结构预测

以KoAGO10a为例的建模显示，其与模板蛋白7sva的PAZ/Piwi结构域相似度达70%以上，但非保守区域的构象差异可能影响RNA结合特异性。

这项研究首次绘制了红树植物RNAi通路核心元件的全基因组图谱，揭示AGO/DCL/RDR基因家族的扩张与收缩可能是K. obovata适应低温环境的重要分子基础。特别值得关注的是，相比K. candel，K. obovata额外获得的KoDCL3和KoRDR5基因，以及AGO4亚家族的功能分化，可能通过增强小RNA(sRNA)介导的基因沉默效率来提升抗寒性。研究不仅为红树植物的保护性引种提供了分子标记，其揭示的"基因家族进化-环境适应"关联模式，也为理解植物逆境适应的普遍规律提供了新视角。未来通过基因编辑等技术靶向调控这些关键基因，或将助力培育适应更严峻气候条件的"超级红树"。