International Journal of Biological macromolecules: 蔡晓薇，杨鵾等| 全基因组鉴定火龙果GRF基因及其在非生物响应中的影响

有别于动物的主动避险，植物因根植于土壤中，更容易受到逆境的影响。为了更好地在野外生存下来，植物进化出了多种复杂但精致的防御系统，以抵御不利的环境因子对其生长发育造成的影响。转录因子作为真核基因表达的重要调节因子，在这一过程中起到了十分重要的作用。生长调节因子基因（Growth regulating factor, GRF）编码一类植物特有的转录因子，参与调节植物的生长发育。近期研究发现，这类转录因子在植物对非生物逆境的响应中同样发挥着重要作用。火龙果作为仙人掌科热带植物，本身具备极强的抗逆性，是研究植物响应高温、干旱的优秀材料。实验室在前期工作中发现一个受到干旱诱导的GRF基因，但限于火龙果基因组未公布，未从全基因组层面对火龙果GRF基因家族展开系统研究。

图1火龙果基因组共线性分析

我们共在火龙果基因组上鉴定到11个编码GRF转录因子的基因，命名为HpGRF1~HpGRF11。对基因组进行共线性分析发现，基因组上的片段重复事件是火龙果GRF基因扩张的关键驱动力（图1）。

图2植物GRF系统进化分析

系统进化分析显示，植物GRF转录因子可以被分为8大类，其中G-I类是石竹目植物特有的。这一分类结果得到了基因结构、共线性、保守氨基酸基序等方面的侧面印证（图2）。

图3火龙果miR396茎环前体及序列

图4 火龙果miR396对HpGRF的剪切

考虑到GRF基因是植物microRNA396（miR396）的保守靶标，我们利用小RNA高通量测序，对火龙果基因组上可能编码miR396的区域进行了分析，共鉴定到5个miR396前体，产生2种不同类型的miR396（图3）。降解组测序分析发现，除HpGRF5外，火龙果的GRF基因编码WRC保守结构域的碱基处均被miR396靶向剪切（图4）。

图5 火龙果HpGRF启动子上顺式作用元件分析

在HpGRFs的启动子上，我们发现了大量已知的顺式调控元件，其中绝大多数参与响应非生物逆境和植物激素（图5），暗示火龙果GRF基因可能作为一个桥梁连接了火龙果的生长发育和逆境应答调控。

图6火龙果HpGRF对非生物逆境的响应

图7火龙果miR396对非生物逆境的响应

逆境表达分析进一步说明，多数HpGRFs在超过一种非生物逆境下表达发生显著性变化（图6，图7）。

图8 火龙果HpGRF互作蛋白调控网络

蛋白互作网络分析显示，火龙果GIF与miR396构成了HpGRF蛋白互作网络的核心，与下游众多蛋白共同协作完成GRF转录因子参与的基因表达调控（图8）。以上工作从火龙果GRF家族的进化、基因功能、对非生物逆境的响应等方面进行了细致分析，为全面解析火龙果的高抗逆性提供了新思路。