泛素E2基因多组学分析揭示其在谷子发育、胁迫耐受及驯化中的关键作用

本研究针对泛素E2酶（E2s）在植物蛋白泛素化调控机制中的关键作用，由研究人员通过比较基因组学、转录组学和功能实验系统分析了谷子（Setaria italica）中52个E2基因的分类、表达与功能。研究发现SiUBC39等基因与株高、开花时间及抗逆性等农艺性状显著相关，CRISPR/Cas9敲除实验证实其功能缺失导致类野生表型。研究进一步通过IP-MS和转录组分析揭示SiUBC39通过互作蛋白SiPIP2;1和SiEhd2参与抗旱与免疫响应，并发现其启动子区A/G突变与驯化选择相关。该成果为禾谷类作物遗传改良提供了重要理论依据。

　　

通过多组学整合分析，研究人员在谷子（Setaria italica）中鉴定出52个泛素E2（Ubiquitin E2, E2）基因，并依据49个物种的系统发育关系将其划分为UBC、UEV、SCE和RCE四个亚家族。研究显示谷子E2基因家族存在显著扩张。组织特异性表达谱分析表明E2基因在生长发育中具有功能分化。单倍型与数量性状位点（QTL）分析发现包括SiUBC39在内的多个E2基因与株高、开花时间及胁迫耐受性等关键农艺性状相关。利用CRISPR/Cas9技术敲除SiUBC39后，植株表现出类似野生绿狗尾草（Setaria viridis）的表型，如早花、株高降低和籽粒产量下降。免疫沉淀-质谱（IP-MS）与转录组分析表明SiUBC39通过调控生长发育、干旱应激及免疫响应通路发挥作用，其互作蛋白SiPIP2;1和SiEhd2分别解释了其在抗稻瘟病和开花时间调控中的功能。驯化分析进一步发现SiUBC39启动子区TATA盒的A/G突变区分了栽培与野生单倍型，印证了该基因在驯化选择中的关键地位。本研究系统阐释了E2基因在作物性状调控与逆境响应中的重要作用，为禾谷类作物遗传育种提供了新靶点与理论支撑。