文/编辑/锦承宇

青钱柳属于胡桃科，是一种落叶乔木，其树叶通常被用作传统药物或保健茶，除此之外，它的叶子含有丰富的生理活性化合物，如 三萜类、多糖和黄酮类 。

但青钱柳的成长和发展受到了环境压力的影响，如 干旱、盐、寒冷和炎热 ，而bZIP恰恰是参与氨基酸生物合成调节的，所以如何让bZIP完美的介入到青钱柳的发育过程中，成为了生物学家们一直以来需要探讨的问题。

研究目的

除了参与叶子发育之外，bZIP基因家族被认为是干旱胁迫和响应的重要调节因子，然而bZIP基因家族特征，尚未通过整合基因组和转录组分析进行评估，所以我们团队就设计了一项研究。

在这项研究中，我们确定了58个bZIP基因组并分析了系统发育关系、染色体位置、基因结构、共线性和基因表达谱。

58bZIP基因可分为11类，在16类中分布不均匀，对顺式调控元件的分析表明，bZIP启动子与植物激素和应激反应相关。

bZIPTFs包含一个bZIP结构域，通常由 60-80个氨基酸 组成，有两个功能不同的部分，一个高度保守的碱性区，一个可变的亮氨酸拉链区，基本结合区有一个核定位信号和一个结构单元。

所以bZIP在不同物种的基因差异很大，它有78个基因拟南芥 ，92在水稻中，86在白杨，50英寸在杜兰花生 ，52英寸在红花长度。

bZIP基因参与重要的生物过程，包括细胞伸长、种子和花的发育以及碳和能量代谢，除了植物生长和发育中的基本调节功能之外，bZIP基因参与对非生物胁迫的反应。

举个例子，bZIP17和bZIP24在拟南芥， bZIP72和ABF1 在大米中，以及bZIP78在大豆中，直接或间接地积极调节植物对盐胁迫的反应。

全基因组鉴定bZIP家庭成员

确认58个bZIP基因在基因组，命名为CpbZIP1到CpbZIP58，根据它们在染色体上的定位，蛋白质序列范围 从132个氨基酸到1371个氨基酸 。

平均分子量CpbZIP的家庭成员为43.39 kDa，平均等电点CpbZIP基因数为4.78至9.53，每一种的分子量与pI的关系图有关。

上述研究发现，全部CpbZIP在14条染色体上发现了基因分布不均匀，变化很大，除了13号和14号染色体CpbZIP基因，3号染色体包含了最多的CpbZIP基因，而最少CpbZIP是在16号染色体上检测到基因，此外，大多数CpbZIP基因位于染色体末端附近。

除此之外，CpbZIP基因在基因组有 15个片段重复和5个串联重复 ，这表明节段性重复可能在bZIP基因家族扩张，复制品CpbZIP基因可能出现在两个时间点，这叫做共线性。

共线性C.paliurus bZIP来自四个其他物种的基因和相关基因，也使用多重共线性扫描工具包进行了评估，总共33个bZIP基因显示了与5的共线关系，直向同源基因对的数量为18对，然后对他们分别进行了分析和观察。

基因结构和保守基序的分析

为了理解的序列结构bZIP家庭在的外显子结构， 我们进行了仔细的观察 ，CpbZIP基因有1到17个外显子，最CpbZIP基因包含1-3个内含子，有些成员CpbZIP基因家族是无内含子。

这里面最多发现16个内含子，一些CpbZIP属于同一组的成员共享相似的基因结构，例如，S组和H组的所有成员都缺乏内含子。

在E组的6个成员中，5个有4个外显子和3个内含子，C组的4个成员中，3个有6个外显子和5个内含子。然后到了最关键的一步，那就是让bZIP介入。

碱性亮氨酸拉链（bZIP）的介入，改变青钱柳的发育了吗

TFs有助于 发育过程和非生物胁迫耐受性 ，成员bZIP家族已经在几种植物中得到全面的鉴定和分析，包括拟南芥 ，大米，杨树, 杜兰花生等。

在研究中发现，58bZIP基因是在青钱柳通过 同源搜索获得的基因组 ，转录组分析青钱柳揭示了60个差异表达bZIP不同发育阶段的基因，高于我们在全基因组同源搜索中鉴定的基因数。

这可以用同源四倍体表示，四个亚基因组的转录组数据来解释青钱柳以及bZIP域验，与从转录组数据预测的基因相比，全基因组鉴定结合转录组分析可以提供更多关于基因结构、功能和表达模式的信息。

这四个亚基因组在染色体水平上的进一步组装， 可能有助于更全面的功能研究 ，bZIP基因及其调控机制，基因组调查显示58名成员C.paliurus bZIP基因家族，比2005年估计的要少。

在这项研究中，所有CpbZIPs预测位于细胞核中，这与TF的特性和在其他生物中的实验研究相一致，58CpbZIP基因并不是均匀地分布在16条染色体上， 它们优先位于染色体末端附近 ，类似于在甘薯中观察到的情况。

基于上述情况进行发育重建， bZIP的基因可分为13组，青钱柳缺乏CpbZIPJ组和M组中的基因拟南芥，表明这些群体中的基因在进化过程中发生了分化或丢失，这叫做基因复制事件。

基因复制事件是基因家族扩张和基因组进化的主要驱动力，特别是片段复制和串联复制，在膨胀的bZIP中， 基因家族的片段重复比串联重复更常见 ，例如三裂番薯，垂丝海棠，和小麦。

我们还检测到15对基因有片段重复的证据，5对基因有串联重复的证据，与之前的这些发现一致，这表明基因在青钱柳是高度保守的，一对基因以上可能是正选择。

此外有更大的共线性和其他植物， 由于进化关系相对较近 ，成员显示出相似的基因结构，尤其是外显子的数量和长度与小麦中报道的结果一致。

模体分析揭示了20个图案的青钱柳，命名为图案1至图案20，这与小麦中的结果一致，除了位于每个中的bZIP结构域基因中，同一亚组内基序的整体还组成相似但组间不同的基因。

一些研究已经证明了，植物bZIP蛋白在许多发育过程中，以及在对生物和非生物胁迫的反应中的作用， 可人们对它们的功能知之甚少 。

转录组分析显示，大量的CpbZIP干旱处理后Y期和X期基因上调，比如CpbZIP4, CpbZIP5, CpbZIP7, CpbZIP19, CpbZIP21, CpbZIP22, CpbZIP28, CpbZIP41，以及CpbZIP55。

CpbZIPs在叶片发育和对干旱胁迫的反应中具有重要的功能，类似地， 启动子区域中的顺式作用元件 ，包含多种参与应激反应和植物激素反应的成分。

这些结果支持了CpbZIP环境胁迫和植物发育中的基因家族，除了上调的基因，一些CpbZIPs在应对干旱胁迫和叶片发育过程中下调，表明CpbZIPTF可以作为积极或消极的监管者。

这种现象在其他生物中也有报道，比如在拟南芥盐胁迫下，AtbZIP17和AtbZIP24充当积极的调节者，而OsbZIP52在冷信号传导中起负调节作用。

所以CpbZIP基因可能与抗旱性和叶片发育有关，尽管如此，还需要进行进一步的实验分析来阐明确切的调节机制。

转录组数据收集处于四个发育阶段的叶，对于不同的干旱处理组，使用总RNA提取器试剂盒。对总共12个样品进行三次生物重复，确定提取的RNA的质量和浓度后， 将其用于mRNA文库构建 。

结论

bZIP基因家族参与植物的生长发育，在植物对环境胁迫的耐受性中起着重要作用，在研究中也确定并表征了bZIP基因家族。

这些转录因子通常具有一个保守的bZIP结构域， 该结构域包含一个碱性区域和一个亮氨酸拉链区域 ，这使得它们可以结合到DNA上，调节基因的表达。