文冠果CDPK基因家族鉴定及XsCDPK10调控干旱胁迫耐受性的分子机制

为解决文冠果在干旱胁迫下的生长受限问题，中国林业科学研究院林业研究所团队系统鉴定了22个XsCDPK基因家族成员，发现XsCDPK10通过激活抗氧化酶活性、清除ROS和减轻膜损伤显著增强植物耐旱性，为木本油料作物抗逆育种提供新靶点。

　　

干旱胁迫是制约文冠果（Xanthoceras sorbifolium Bunge）这一中国特有木本油料树种生长和产量的关键因素。其种子含油量高达45%-50%，且富含神经酸等高价值不饱和脂肪酸，但主要分布在北方干旱半干旱地区。面对水资源短缺的生存挑战，解析文冠果抗旱分子机制具有重要科学和产业价值。钙依赖性蛋白激酶（CDPK）作为植物特有的Ca²⁺传感器和效应器，在干旱信号转导中发挥核心作用，但在文冠果中的研究尚属空白。

中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室的研究人员通过全基因组分析鉴定出22个XsCDPK基因家族成员，系统解析其进化关系、基因结构和顺式作用元件特征。研究发现XsCDPK10在节水型种质中显著高表达，并通过拟南芥异源过表达和文冠果瞬时转化实验证实其通过激活SOD、CAT等抗氧化酶活性，降低O₂^-和H₂O₂积累，减轻膜脂过氧化损伤，从而增强植物耐旱性。该成果发表于《Industrial Crops and Products》，为木本植物抗旱分子育种提供了新策略。

研究采用基因组BLASTP和HMMER鉴定CDPK家族成员，通过系统发育树分析亚家族分类，利用烟草瞬时表达系统进行亚细胞定位，结合qRT-PCR分析基因表达模式，并构建过表达株系进行生理表型验证。

3.1 文冠果CDPK基因家族全基因组鉴定

鉴定出22个含典型Ser/Thr激酶域和EF-hand结构的XsCDPKs，分布在11条染色体上，分子量56.09-65.68 kDa，其中XsCDPK10是唯一碱性蛋白（pI=8.91）。

3.2 系统发育与共线性分析

XsCDPKs分为5个亚家族，与苹果、毛果杨等木本植物共线性较高。片段复制是基因家族扩张的主要驱动力。

3.3 基因结构与保守基序

亚家族内成员具有相似的基序组成和内含子-外显子结构，XsCDPK10含12个外显子，为家族中最复杂。

3.4 启动子顺式元件分析

XsCDPKs启动子富含干旱响应MYB结合位点及ABA、IAA等激素响应元件，XsCDPK10含特异性干旱诱导元件。

3.5 不同品种XsCDPKs表达分析

XsCDPK10在节水型种质中表达量显著高于耗水型，且在茎部表达最高，干旱处理3天时表达达峰值。

3.6 XsCDPK10亚细胞定位与表达模式

荧光标记证实XsCDPK10定位于细胞核，干旱胁迫显著诱导其表达。

3.7 XsCDPK10过表达增强抗旱性

转基因拟南芥在干旱处理后存活率提高50%，MDA含量降低30%，SOD活性提升2.1倍。瞬时过表达文冠果叶片ROS积累显著减少。

3.8 XsCDPK10调控抗氧化酶基因表达

XsCDPK10显著上调XsCAT、XsPOD等基因表达，促进ROS清除通路激活。

该研究首次系统解析了文冠果CDPK基因家族特征，揭示XsCDPK10通过磷酸化级联反应调控抗氧化酶网络，减轻氧化损伤的核心机制。相较于已报道的OsCPK9、AtCPK8等基因功能，XsCDPK10展现出木本植物特有的调控模式，为理解CDPK家族功能分化提供新视角。研究成果不仅为文冠果抗旱育种提供分子标记，其揭示的"Ca²⁺-CDPK-ROS"调控模块对其它经济林木的抗逆改良也具有借鉴价值。通过分子设计育种靶向调控XsCDPK10表达，有望培育出适应干旱环境的文冠果新品种，对保障我国木本油料安全具有重要意义。