茄子作為重要的經(jīng)濟作物，其果實及器官富含花青素，具有較高的營養(yǎng)價值和產(chǎn)業(yè)價值。B-box（BBX）轉(zhuǎn)錄因子是植物中廣泛存在的鋅指蛋白，在植物生長發(fā)育（如開花、光形態(tài)建成）、花青素合成及脅迫響應(yīng)等過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用，已在擬南芥、番茄、蘋果等多種植物中得到深入研究，但茄子中BBX基因家族的系統(tǒng)鑒定、特征分析及功能機制研究仍較為匱乏。
2025年12月12日，上海交通大學(xué)陳火英教授團隊在Horticultural Plant Journal（IF=6.2）期刊上發(fā)表了一篇題為“Genome-wide characterization of B-box gene family in eggplant and functional identification of SmBBX22 in modulating anthocyanin synthesis"的研究論文。該研究通過DAP-seq與RNA-seq技術(shù)聯(lián)合分析，成功鑒定出SmBBX22的下游靶基因，明確其通過調(diào)控苯丙烷類和黃酮類生物合成通路正向調(diào)控茄子花青素合成的分子機制，不僅填補茄子SmBBX基因家族調(diào)控機制的研究空白，更為作物品質(zhì)改良提供了關(guān)鍵分子靶點。藍景科信為該研究提供了DAP-seq和RNA-seq技術(shù)支持。
研究結(jié)果
1. SmBBX基因家族全基因組特征
本研究通過全基因組分析，鑒定出茄子中33個SmBBX基因。系統(tǒng)發(fā)育分析將其分為5個亞家族（I–V）。結(jié)構(gòu)分析顯示，所有SmBBX蛋白均含有1–2個B-box結(jié)構(gòu)域，部分還包含CCT結(jié)構(gòu)域和VP保守基序。研究發(fā)現(xiàn)，96.9%的SmBBX蛋白定位于細(xì)胞核；片段復(fù)制是該基因家族擴張的主要機制，且與番茄BBX基因具有較高進化保守性。
圖1. 擬南芥、茄子、水稻和番茄中BBX基因的系統(tǒng)發(fā)育分析
圖2. 保守結(jié)構(gòu)域（如B-box）內(nèi)氨基酸序列的比對
圖3. 茄子中潛在BBX家族基因的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、基序、結(jié)構(gòu)域及基因結(jié)構(gòu)
圖4. 茄子中BBX基因的染色體分布
圖5. 擬南芥、番茄和茄子之間BBX基因的共線性關(guān)系
圖6. 潛在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中推定的miRNA與其靶向的SmBBXs之間的相互作用分析
2. SmBBX的組織表達模式
為了探究33個SmBBX基因在茄子不同發(fā)育階段的功能作用，研究團隊通過RNA-seq分析，鑒定出不表達、組成型表達和組織特異性表達三種模式，其中3個基因全程不表達，8個基因在各組織/器官中組成型高表達（如Smechr0100178.1等），表明其在植物代謝、生長和發(fā)育中具重要作用，14個基因呈組織特異性表達（如Smechr0303381.1在子葉、衰老葉等中高表達），且同一亞家族內(nèi)表達模式相似。同時，通過qRT-PCR分析了該基因家族在8小時脅迫處理下的表達模式，發(fā)現(xiàn)JA處理激活8個基因，ABA處理上調(diào)22個基因，低溫處理Smechr0202811.1上調(diào)>20 倍，NaCL處理上調(diào)22個基因，PEG處理上調(diào)20個基因，藍光處理Smechr1000119.1上調(diào)>60 倍，UV處理誘導(dǎo)28個基因且上調(diào)與下調(diào)基因數(shù)量相等。以上結(jié)果表明，SmBBX基因參與多種脅迫響應(yīng)，其在植物適應(yīng)和抗逆性中起關(guān)鍵作用。
圖7. SmBBXs在不同發(fā)育階段的表達模式
圖8. 基于qRT-PCR的SmBBX基因在不同處理（包括JA、ABA、4°C、NaCl、PEG、藍光和UV-B處理）下的表達模式分析
3.蛋白互作網(wǎng)絡(luò)預(yù)測與驗證
本研究借助STRING等工具預(yù)測了SmBBX蛋白的相互作用，發(fā)現(xiàn)3個SmBBX蛋白在家族內(nèi)部存在相互作用（如Smechr0602096.1與Smechr0402438.1、Smechr0502383.1相互作用），且7個主要位于分支IV和V的SmBBX蛋白可與SmHY5（光形態(tài)建成調(diào)控因子）、SmCOP1.1/1.2（負(fù)調(diào)控因子）等關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子相互作用。隨后作者通過熒光素酶互補實驗（LCI）驗證，在煙草細(xì)胞中共表達nLUC-SmHY5與BBX19-2-cLUC、SmBBX21-2-cLUC、SmBBX22-cLUC及nLUC-COP1.1與BBX19-2-cLUC時，均產(chǎn)生強烈熒光信號，證實了多個SmBBX蛋白與HY5、COP1的相互作用，與預(yù)測結(jié)果一致。
圖9. SmBBX蛋白之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)
圖10. SmBBXs在煙草葉片中與HY5和COP1相互作用
4.SmBBX22是花青素合成關(guān)鍵調(diào)控因子
先前的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，SmBBX19-2、SmBBX21-2和SmBBX22三個基因與花青素生物合成相關(guān)。研究團隊通過雙熒光素酶實驗證實，SmBBX21-2和SmBBX22可激活花青素合成關(guān)鍵基因SmCHS和SmDFR的表達，而SmBBX19-2無此激活作用。為進一步驗證SmBBX22的功能，研究人員構(gòu)建了SmBBX22過表達株系，結(jié)果顯示該株系幼苗莖的紫色顯著加深，花青素含量提升6.5倍，且花青素合成關(guān)鍵基因（AtCHS、AtF3H、AtDFR、AtANS）表達均顯著上調(diào)，證實SmBBX22正向調(diào)控花青素合成。為闡明SmBBX22在茄子中的生理功能，研究團隊以茄子‘LSHX’為遺傳背景構(gòu)建了SmBBX22過表達轉(zhuǎn)基因株系，發(fā)現(xiàn)其愈傷組織紫色更深，花青素含量顯著增加，同時花青素合成結(jié)構(gòu)基因（SmCHI、SmF3H、SmDFR、SmANS）表達明顯上調(diào)，表明SmBBX22在調(diào)控茄子花青素生物合成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，研究團隊對轉(zhuǎn)基因茄子愈傷組織進行RNA-seq分析，共鑒定出2070個差異表達基因；富集分析顯示，這些差異表達基因主要參與次生代謝、苯丙烷類生物合成等通路，其中光調(diào)控花青素合成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因（如SmF3'5'H）和轉(zhuǎn)錄因子（如SmTT8、SmHY5）表達顯著上調(diào)。以上結(jié)果共同證實，SmBBX22是茄子花青素生物合成的關(guān)鍵調(diào)控因子。
圖11. 雙熒光素酶報告基因檢測分析
圖12. 茄子愈傷組織中SmBBX22過表達的表型及結(jié)構(gòu)基因表達水平分析
5.解析SmBBX22的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
為解析SmBBX22的調(diào)控機制，研究團隊通過DAP-seq分析，共鑒定出27982個高置信度的SmBBX22結(jié)合區(qū)域，這些區(qū)域集中分布在基因啟動子附近；對應(yīng)3915個啟動子被結(jié)合的靶基因，且這些靶基因顯著富集于苯丙烷類生物合成、激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和黃酮類化合物生物合成等關(guān)鍵通路，同時還揭示了保守的SmBBX22結(jié)合基序。作者進一步將DAP-seq和RNA-seq數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析，篩選出355個共調(diào)控基因，涵蓋花青素合成關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因（如F3'5'H、UF3GT）、激素信號組件（如YUCCA4、PYL2）及轉(zhuǎn)錄因子（如MYB、bHLH家族成員），明確了SmBBX22直接調(diào)控的下游基因網(wǎng)絡(luò)。
圖13. SmBBX22靶基因的鑒定
小結(jié)
本研究鑒定了茄子33個SmBBX基因并分為5個系統(tǒng)發(fā)育組，明確其脅迫響應(yīng)特征與蛋白互作網(wǎng)絡(luò)；證實SmBBX22通過上調(diào)花青素合成相關(guān)基因、調(diào)控苯丙烷類/類黃酮生物合成通路，正向調(diào)控茄子花青素積累，為解析BBX基因功能及茄子品質(zhì)改良提供了關(guān)鍵依據(jù)。
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