菠萝Aux/IAA基因家族的系统分析：揭示其结构多样性、表达动态及互作网络的调控机制

本研究针对菠萝(A. comosus)中调控生长素信号转导的核心因子Aux/IAA基因家族展开系统研究。通过全基因组鉴定获得20个AcIAA基因，解析其进化分组、结构特征及启动子顺式元件；结合亚细胞定位验证其核靶向特性，并揭示AcIAA1/6/19等成员的组织特异性表达模式。创新性采用酵母双杂交技术构建68对AcIAA-AcARF互作网络，发现AcARF6/14具有广谱结合特性。研究成果为阐明生长素调控菠萝果实发育的分子机制提供新线索，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

生长素作为植物生长发育的核心调控激素，其信号转导主要通过Aux/IAA（生长素/吲哚-3-乙酸）和ARF（生长素响应因子）转录因子家族协同完成。在模式植物拟南芥和作物番茄中，Aux/IAA蛋白通过保守结构域与ARF形成动态互作模块，调控器官形成和果实发育等关键过程。然而，作为重要经济作物的菠萝，其Aux/IAA基因家族的系统研究仍属空白。菠萝独特的聚花果发育模式和景天酸代谢(CAM)特性，使其成为研究生长素信号调控非呼吸跃变型果实成熟的理想模型。

为解析菠萝Aux/IAA基因家族的特征，Lidan Wang等研究人员在《BMC Plant Biology》发表了系统性研究成果。研究团队整合生物信息学与分子生物学技术，首先通过同源比对和隐马尔可夫模型(HMM)从菠萝基因组中鉴定出20个AcIAA基因，并利用邻接法构建包含拟南芥、水稻成员的进化树，将AcIAA分为8个亚家族。通过MEME和SMART工具分析发现，大多数AcIAA蛋白含有典型的I-IV结构域，但AcIAA4/17/18缺失Domain I，AcIAA20同时缺失Domain I/II，暗示功能分化。启动子分析揭示这些基因含有MeJA、IAA等激素响应元件及非生物胁迫相关顺式元件。

关键技术方法包括：从广东湛江种植区采集菠萝样品进行时空表达谱分析；构建AcIAA-GFP融合载体通过农杆菌介导的烟草瞬时表达验证亚细胞定位；采用酵母双杂交(Y2H)筛选20个AcIAA与10个AcARF的互作关系；使用qRT-PCR检测基因表达模式，以Actin为内参进行数据标准化。

研究结果呈现以下重要发现：

1. 1.

   系统进化与基因复制：AcIAA基因在染色体上呈不均匀分布，染色体3含4个基因。共鉴定8对片段复制基因，如AcIAA7/AcIAA10和AcIAA1/AcIAA12，基因组复制是家族扩张的主要驱动力。与水稻相比，菠萝显示出更显著的共线性关系。

2. 2.

   结构特征与核定位：基因结构分析显示80%的AcIAA含4个以上外显子，Motif 3为最保守基序。所有测试的AcIAA-GFP（包括AcIAA4/15/13等代表成员）均定位于细胞核，与生物信息预测的核定位信号一致。

3. 3.

   时空表达模式：qRT-PCR揭示AcIAA1/6/19在根中高表达，AcIAA2/8特异性在花器官表达，AcIAA7偏好叶片。果实发育过程中，AcIAA9/17-19在成熟期(100 DPA)表达峰值，而AcIAA1/3-4等基因随果实发育表达递减。

4. 4.

   蛋白互作网络：Y2H鉴定出68对AcIAA-AcARF互作，其中AcARF6/14能与多数AcIAA结合，而AcIAA1/17/20未检测到互作。这些互作模块可能参与调控不同发育阶段。

讨论部分指出，菠萝Aux/IAA家族规模小于拟南芥(29个)和番茄(25个)，但通过基因复制和功能分化形成独特调控网络。非典型成员如缺失Domain II的AcIAA20可能具有长效调控特性，类似于拟南芥AtIAA20/31。启动子中的多种激素响应元件暗示AcIAA可能整合多种信号通路，这与IAA处理诱导AcIAA4/5/6/9表达的实验结果相符。特别值得注意的是，果实成熟期高表达的AcIAA9/17-19与番茄中调控果实起始的SlIAA9/17功能可能保守，为解析菠萝无籽果实形成机制提供线索。

该研究首次绘制了菠萝Aux/IAA基因家族的完整图谱，建立的AcIAA-AcARF互作网络为生长素信号转导研究提供重要资源。成果不仅丰富了单子叶植物生长素调控的理论体系，对通过分子设计改良菠萝果实品质具有潜在应用价值。后续可通过基因编辑等技术验证关键AcIAA基因的功能，深入探究其在CAM植物环境适应中的作用机制。