近日，国家烟草基因工程中心和国家烟草基因研究中心合作对烟草脱落酸受体基因家族开展了全基因组范围鉴定及基因家族成员转录水平分析。基于国家烟草基因研究中心的栽培烟草（N. tabacum），绒毛状烟草（N. tomentosiformis）和林烟草（N. sylvestris）的全基因组信息，在栽培烟草及其两个祖先种中对植物逆境胁迫响应重要激素脱落酸（ABA）受体（PYL）基因家族进行了全基因组鉴定和进化分析，并对栽培烟草脱落酸受体基因家族成员开展了转录水平分析。相关研究论文“Genome-wide identification and characterization of ABA receptor PYL/RCARgene family reveals evolution and roles in drought stress in Nicotiana tabacum”，于7月11日以Research Article长文在国际基因组学专业期刊《BMC Genomics》（影响因子3.5）在线发表。
脱落酸是调控植物生长、发育和对逆境（干旱、盐、病害等）胁迫响应的重要植物激素。对位于脱落酸信号传导通路顶端的脱落酸受体的研究一直是植物生理生化、分子生物学和结构生物学领域的焦点。尽管在多种植物中已开展对脱落酸受体基因家族的全基因组鉴定、进化分析、表达谱分析和部分基因功能鉴定，对传统模式植物烟草的脱落酸受体基因家族在全基因组水平上的系统性研究尚未见报道。对栽培烟草及其两个祖先种的脱落酸受体基因家族的研究，为解析脱落酸受体基因家族在栽培烟草中的起源与进化过程、栽培烟草脱落酸受体基因功能鉴定及利用脱落酸受体基因培育抗逆烟草品种具重要意义。
该研究在栽培烟草，绒毛状烟草，林烟草中分别鉴定获得29，11, 16个脱落酸受体基因。进化分析结果表明，异源四倍体栽培烟草、二倍体拟南芥、古四倍体大豆的脱落酸受体基因家族均聚类分为三个亚家族。栽培烟草、绒毛状烟草和林烟草的脱落酸受体基因家族的进化分析结果表明，栽培烟草的脱落酸受体基因分别源于绒毛状烟草和林烟草，林烟草较绒毛状烟草为栽培烟草提供了更多的脱落酸受体基因；林烟草和绒毛状烟草各有1个脱落酸受体基因在栽培烟草中发生了1次复制（栽培烟草脱落酸受体基因NtPYL4和5均源于其祖先林烟草Nsyl0370740基因, NtPYL11和12均源于其祖先绒毛状烟草Ntom0128520基因）。
图 1. 栽培烟草，拟南芥，大豆脱落酸受体基因家族蛋白进化分析
染色体定位分析结果表明，有24个栽培烟草脱落酸受体基因能够定位到栽培烟草的12条染色体上。其中，源于同一祖先基因的NtPYL4和5定位在第18号染色体；源于同一祖先基因的NtPYL11和12定位在第16号染色体。这意味着上述4个栽培烟草脱落酸受体基因的2个祖先基因各自在其座落的染色体上发生了复制。
图 2. 栽培烟草脱落酸受体基因家族成员染色体定位分析
基因内含子/外显子结构分析及蛋白结构域预测的结果表明，栽培烟草脱落酸受体基因NtPYL13在进化中丢失了其祖先（绒毛状烟草Ntom0177100）基因5’端的部分外显子编码序列；NtPYL22基因在进化中丢失了其祖先（林烟草Nsyl1299500）基因5’端的第一外显子和第一内含子。
图 3. 栽培烟草脱落酸受体基因家族成员表达谱分析
（A）烟草组织特异性表达谱热图 （B）干旱胁迫处理表达谱热图
图 4. 干旱胁迫处理后栽培烟草脱落酸受体基因家族成员表达水平的实时定量PCR（qPCR）检测
该项研究的基础是绒毛状烟草、林烟草和栽培烟草全基因组序列图谱及物理图谱。该研究得到了云南省烟草公司重点科技项目及国家自然科学基金资助。国家烟草基因工程中心白戈博士、谢贺博士为该论文的共同第一作者，李永平研究员和杨大海博士为该论文的共同通讯作者。
论文链接：
/10.1186/s12864-019-5839-2
撰 稿：谢 贺 杨大海
编 审：陈 勇
