Genome-wide identification and characterization of the AP2/ERF gene family in Cinnamomum camphora
- 作者
- Zerui Yang, Xinnan Yang, Xiasheng Zheng
- 杂志
- BMC Genomics（2025）
- DOI
- 10.1186/s12864-025-12169-6
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
樟树（Cinnamomum camphora）中AP2/ERF转录因子家族尚未被系统研究，其调控单萜类生物合成的机制不明。
研究策略
利用全基因组和转录组数据，通过HMM搜索、系统发育分析、基因结构分析、启动子顺式元件分析、组织表达谱分析以及AP2/ERF与TPS基因的相关性及共表达网络分析，鉴定候选调控因子。
核心内容
该研究对樟树AP2/ERF转录因子家族进行了全基因组鉴定与表征，旨在揭示其调控单萜类生物合成的潜在机制。作者利用樟树基因组和转录组数据，通过HMM搜索、系统发育分析、启动子顺式元件分析及共表达网络分析等方法，系统解析了该家族的进化特征与表达模式。共鉴定到154个AP2/ERF基因，分为RAV、AP2、ERF和DREB四个亚家族，蛋白长度介于126至722个氨基酸之间。启动子区共发现5,991个顺式元件，其中胁迫响应元件（3,036个）和MeJA响应元件（1,199个）最为丰富，提示该家族可能参与逆境与激素信号调控。表达分析显示145个基因在组织中表达，其中46个基因与6个TPS基因显著共表达显著相关（|R|>0.9），尤其CcERF_104与龙脑合酶基因CcTPS26和CcTPS49共表达，另有6个基因与CcTPS72强正相关。这些结果为樟树萜类生物合成的转录调控提供了候选靶点，也为后续通过遗传改良提升樟树萜类含量奠定了分子基础。
创新点
首次对樟树AP2/ERF转录因子家族进行全基因组鉴定与表征，发现多个与龙脑合酶基因（BPPS）共表达的高潜力调控因子，为萜类生物合成的转录调控提供新靶点。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cinnamomum camphora | 单萜生物合成 | CcERF_104 | AP2/ERF转录因子 | 调控 | 与龙脑二磷酸合酶基因CcTPS26和CcTPS49共表达，高潜力hub调控因子 |
| Cinnamomum camphora | 单萜生物合成 | CcERF_27, CcERF_42, CcERF_83, CcERF_87, CcAP2_12, CcAP2_13 | AP2/ERF转录因子 | 调控 | 与最高催化效率的BPPS基因CcTPS72强正相关 |
| Cinnamomum camphora | 单萜生物合成 | CcTPS26, CcTPS49, CcTPS72 | 龙脑二磷酸合酶（BPPS） | 催化 | 催化龙脑生物合成，CcTPS72为最有效的BPPS |
| Cinnamomum camphora | 单萜生物合成 | CcTPS23, CcTPS44, CcTPS74 | 萜烯合酶（TPS） | 催化 | 与多个AP2/ERF转录因子显著相关 |
关键发现
- 鉴定到154个樟树AP2/ERF基因，分为RAV（4个）、AP2（21个）、ERF（75个）和DREB（54个）四个亚家族
- 蛋白长度126-722氨基酸，分子量14,184.71-78,405.1 Da
- 启动子共鉴定5,991个顺式元件，其中MeJA响应元件（1,199个）和胁迫响应元件（3,036个）最丰富
- 145个基因在至少一种组织中表达，9个基因不表达
- 46个CcAP2/ERF基因与6个TPS基因（CcTPS23、CcTPS26、CcTPS44、CcTPS49、CcTPS72、CcTPS74）显著相关（|R|>0.9, P<0.05），其中32个正相关、14个负相关
- CcERF_104与CcTPS26和CcTPS49共表达，CcERF_27、CcERF_42、CcERF_83、CcERF_87、CcAP2_12和CcAP2_13与CcTPS72强正相关。
研究结论
本研究全面解析了樟树AP2/ERF转录因子家族，并揭示了其调控萜类生物合成的潜在作用，特别是与龙脑合酶基因共表达的候选调控因子为遗传改良提高樟树萜类含量提供了分子靶点。