热带作物学报

基因名称Gene name	正向引物序列（5′–3′）Forward primer sequence (5′–3′)	反向引物序列（5′–3′）Reverse primer sequence (5′–3′)	产物大小Product size/bp
EF1	GGCTGAGCGTGAACGTGGTA	CGGCACAATCAGCCTGGGAA	146
ZX01G0002530	TGGAACCTCTTCTTCGCAGTC	CGTTGTCCTTCTTCAGCCTCT	146
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ZX01G0121040	ATCAGTGCGATGCGTCAGT	TGTCGTAAGTCTTGCTCAGGAA	114
ZX04G0012630	TCCAACACCAACAGCAACAC	GTATTCAACTGCCTAACGAAGC	188
ZX05G0014510	GAACTCAAGAATCCATAGCAAGCAT	GAAGAGGAGAAGAGCAGTCAAGAA	150
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ZX06G0012300	TTAGTGGAAGAAGGTGAAGGTGAA	GAAGTTGTTGTGCTTGAAGTATCTG	147
ZX07G0010660	CGCAGGAACTCATCGGTCAA	TGGTGTTGGCATGGATCTCTG	179
ZX08G0002060	CATTGCGTTGAAGTTGGAAGGT	CCTCGTCATCTGCTGTTGCT	183

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基因ID Gene ID	基因名称Gene name	染色体Chromosome	起始位置Start/bp	终止位置End/bp	DAN链DNAstrand	氨基酸数目Number of amino acids	分子量Molecular weight/(g·mol^–1)	等电点Isoelectric point
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基因Gene	组织Tissue	表达水平（TPM）Expression level (TPM)	Log₂FC	P adjust	显著性Significance	调控作用Regulation
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花蕾	0.133	22.727	–7.128	1.95E–33	yes	down
叶片	0.017	0.507	–4.843	0.026	yes	down
卷须	0.207	1.967	–3.036	0.042	yes	down
ZX01G0052980	茎秆	0.113	0.000	3.688	1.000	no	up
花蕾	0.683	0.000	6.377	0.001	yes	up
叶片	0.000	0.000	0.000	1.000	no test	no test
卷须	0.483	0.000	5.555	0.011	yes	up
ZX06G0012300	茎秆	0.073	0.040	0.892	1.000	no	up
花蕾	0.593	0.080	3.109	0.128	no	up
叶片	0.073	0.040	0.934	1.000	no	up
卷须	0.423	0.047	3.211	0.325	no	up

西番莲HSF基因家族的全基因组鉴定及成花期对高温胁迫的响应

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吴艳艳 ¹^,^* , 刘洁云 ¹ , 周俊妞 ¹ , 田青兰 ¹ , 黄伟华 ¹ , 朱陈利 ² , 牟海飞 ¹^,^*

热带作物学报 | 组学与生物技术 2025,46(4): 807-819

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热带作物学报 |组学与生物技术 2025 , 46 (4) : 807 -819

西番莲HSF基因家族的全基因组鉴定及成花期对高温胁迫的响应

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吴艳艳¹^,^*, 刘洁云¹, 周俊妞¹, 田青兰¹, 黄伟华¹, 朱陈利², 牟海飞¹^,^*

作者信息

^1.广西壮族自治区农业科学院生物技术研究所，广西南宁　530007

^2.广西壮族自治区农业科学院，广西南宁　530007

通讯作者:

^* 牟海飞（MOU Haifei），E-mail：mhf@gxaas.net

吴艳艳（WU Yanyan），E-mail：wuyanyan@gxaas.net。

Genome-wide Identification of HSF Gene Family and Their Response to Hot Ambient Temperature During Flower Development in Passion Fruit (Passiflora edulis)

Yanyan WU¹^,^*, Jieyun LIU¹, Junniu ZHOU¹, Qinglan TIAN¹, Weihua HUANG¹, Chenli ZHU², Haifei MOU¹^,^*

Affiliations

^1.Biotechnology Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi 530007, China

^2.Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi 530007, China

出版时间: 2025-04-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.04.004

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摘要

收起

热激转录因子（heat shock transcription factor，HSF）是重要的调节因子，在植物响应高温胁迫中发挥重要作用。高温胁迫对西番莲成花造成了严重的负面影响，因此研究HSF调控西番莲耐热性的意义重大。本研究利用生物信息学技术在西番莲基因组上鉴定了26个热激转录因子基因，分别命名为PeHSF1~PeHSF26。西番莲HSF基因编码蛋白长度为100~1589个氨基酸，分子量为11 544.9~177 157.8 g/mol，理论等电点为4.25~10.80。西番莲26个HSF基因分布在第1、4、5、6、7、8和9染色体上，分为10个亚群。西番莲全基因组复制事件分析结果表明，ZX01G0033270、ZX01G0052790和ZX01G0052980等5个HSF基因位于重复片段内。西番莲HSF基因有1~12个内含子和2~13个外显子，都包含HSF-DNA结合结构域。利用RNA-seq分析黄果原生种与金陵紫果HSF基因对高温环境的响应，发现ZX01G0002530、ZX01G0052790和ZX01G0121040等基因在花蕾中表达量差异显著，并通过RT-qPCR验证候选HSF基因表达水平。综合分析，推测西番莲响应高温胁迫的最理想的候选HSF基因为ZX01G0121040。这些结果有助于了解HSF在西番莲成花期响应高温胁迫过程中的功能，为西番莲耐高温的遗传改良提供重要基因资源和理论依据。

关键词

西番莲 / 高温胁迫 / 热激转录因子 / 同源基因 / 成花 / 转录组测序 / 候选基因

Abstract

收起

Heat shock transcription factor (HSF) is an important regulatory factor that plays a crucial role in plant response to hot ambient temperature (HAT). High temperature stress has a serious negative impact on the flowering of passion fruit, therefore, studying the regulation of heat tolerance by HSF in passion fruit is of great significance. In this study, we identified 26 HSF genes on the genome of passion fruit using bioinformatics technology, named PeHSF1-PeHSF26. The genes could encode proteins of 100-1589 amino acids, with molecular weight 11 544.9-177 157.8 g/mol, and a theoretical isoelectric point of 4.25-10.80. The 26 genes were distributed on chromosomes 1, 4, 5, 6, 7, 8 and 9, and were divided into 10 subpopulations. The analysis of the whole genome replication event showed that ZX01G0033270, ZX01G0052790 and ZX01G0052980 were located within the genome duplications. The genes contained 1-12 introns and 2-13 exons, all contained HSF-DNA binding domains. RNA-seq analysis of Huangguo original species and Jinlingziguo HSF genes to HAT revealed that there were significant differences in the expression levels of genes, including ZX01G0002530, ZX01G0052790 and ZX01G0121040 in flower buds. The expression levels of candidate HSF genes were validated by RT-qPCR. Based on comprehensive analysis, it is supposed that the most ideal candidate HSF gene for passion flower response to high temperature stress was ZX01G0121040. The results would contribute to understand the function of HSF in response to high temperature stress during the flowering of passion fruit, and provide important genetic resources and theoretical basis for genetic improvement of passion fruit.

Key words

passion fruit / hot ambient temperature / heat shock factor / orthologous gene / flowering / RNA sequencing / candidate gene

引用本文

吴艳艳, 刘洁云, 周俊妞, 田青兰, 黄伟华, 朱陈利, 牟海飞. 西番莲HSF基因家族的全基因组鉴定及成花期对高温胁迫的响应. 热带作物学报, 2025 , 46 (4) : 807 -819 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.04.004

Yanyan WU, Jieyun LIU, Junniu ZHOU, Qinglan TIAN, Weihua HUANG, Chenli ZHU, Haifei MOU. Genome-wide Identification of HSF Gene Family and Their Response to Hot Ambient Temperature During Flower Development in Passion Fruit (Passiflora edulis)[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2025 , 46 (4) : 807 -819 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.04.004

正文

收起

栽培种西番莲（又名百香果）为草质藤本植物，其果实具有芳香气味，且富含糖类、维生素及钙、铁、锌等矿物质元素，营养价值极高，深受消费者青睐。温度是影响植物生长、发育的重要外界因素之一。NAVE等^[1]研究表明在长日照条件下西番莲品种Passion Dream（黄果西番莲与紫果西番莲的杂交种）成花最佳温度为22℃/16℃（日/夜），温度高于28℃环境下任何光周期改变都不会观察到西番莲成花。这表明西番莲成花期对高温环境的耐受性较差，从而造成减产，是影响西番莲生产的重要问题。

热激转录因子（heat shock transcription factor，HSF）是一类调控植物热激反应的转录因子。热激转录因子基因序列由5个部分组成：（i）DNA结合区域DBD；（ii）寡聚化结构域OD；（iii）核定位信号NLS；（iv）核输出信号NES；（v）C末端激活结构域AHA^[2]，其中DBD是所有结构域中最保守的区域，能够识别热反应基因启动子的顺式元件^[3]。PELHAM等^[4]首次在酵母中鉴定了热激转录因子。随着多个物种高质量参考基因组公布，研究人员已经在拟南芥（21）、水稻（25）、番茄（26）、甘蓝（52）、辣椒（25）、胡萝卜（35）、葡萄（19）、柑橘（18）、苹果（23）、草莓（17）、杨树（31）、大豆（52）、高粱（24）、玉米（22）、小麦（61）、芝麻（30）、木薯（32）等鉴定了HSF基因^[2,5]。最近，YU等^[5]利用111种植物全基因组，共鉴定了2950个HSF基因，构建了植物HSF基因数据库（http://hsfdb.bio2db.com/），这为人们研究植物HSF基因功能提供了便利。前人研究表明，热激蛋白及热激转录因子在植物成花过程中起着重要调节作用。在拟南芥中，热激蛋白HSP90与关键开花调节因子LFY、SOC1和AGL24相互作用，促进开花^[6]。热激转录因子HSFA2与拟南芥对高温的传代记忆，促使植物提前开花^[7]。在番茄中，热激转录因子调控花蕾对高温的响应^[8]。因此，利用西番莲基因组鉴定热激转录因子，揭示在高温胁迫环境中其对成花的影响十分必要。

2021年，MA等^[9]成功组装了高质量西番莲基因组，本研究利用生物信息学方法从西番莲基因组中鉴定了HSF家族成员，构建了模式植物及重要耐热植物的HSF系统进化树，分析了西番莲HSF基因在花蕾、叶片等组织部位的表达模式，推测可能影响西番莲成花期耐热性基因，本研究将促进人们对西番莲适应高温环境机制的认知，为西番莲耐高温育种提供重要基因资源和理论基础。

1　材料与方法

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1.1　材料

2022年4月2日，高温耐受西番莲品种金陵紫果（ZG）和敏感品种黄果原生种（HG）种植于广西南宁市美丽南方试验地高温处理设施内。

1.2　方法

1.2.1　高温处理

用钢管制成长（10.0 m）×宽（2.0 m）×高（4.0 m）的生长棚框架，固定于沟面，于高温处理开始时通过在生长棚框架四周覆盖塑料薄膜（透光率95%以上）进行升温，大棚两侧上部各均匀留出20 cm高的空隙，用于气体交换。高温处理结束后将薄膜升起，后期管理及田间小气候与对照一致。热处理前将增温棚处于全部打开状态，与对照处于同一自然环境条件，于植株二级蔓抽出开始高温热胁迫处理，将增温棚顶部和侧面膜放下，并实时监测棚内温度，直至达到高温设定值，即热胁迫处理日最高温度38~45 ℃，日平均温度30~31 ℃，日温度≥35 ℃持续时间4~6 h；自然对照日最高温度<37 ℃，日平均温度<28.5 ℃，日温度≥35 ℃持续时间<2 h。40 d后结束热处理。处理结束后，在中午12：00取样，包括花蕾、卷须、叶片和茎（图1）。

1.2.2　西番莲HSF家族成员鉴定

基于热激转录因子的特异氨基酸序列（Pfam: PF00447），在紫果西番莲基因组数据库（https://db.cngb.org/search/assembly/CNA0017758/）下载蛋白序列，使用PfamScan软件将西番莲的蛋白序列在Pfam数据库中进行检索，鉴定西番莲HSF家族成员。采用相同方法，在水稻（Oryza sativa L. japonica，http://rice.uga.edu/）、拟南芥（Arabidopsis thaliana，https://www.arabidopsis.org/index.jsp）、番茄（Solanum lycopersicum，http://plants.ensembl.org/Solanum_lycopersicum/Info/Index）、单瓣茉莉花（Jasminum sambac，https://ngdc.cncb.ac.cn/gwh/Assembly/22882/show）、木薯（Manihot esculenta，https://cbi.gxu.edu.cn/yxguo/DockingDB/download_files/data/）、玉米（Zea mays，http://plants.ensembl.org/Zea_mays/Info/Index）数据库中鉴定6个物种的HSF家族成员。

1.2.3　西番莲HSF理化性质预测

使用在线软件ProtParam（https://web.expasy.org/protparam/）预测西番莲HSF蛋白的长度、分子量和等电点。

1.2.4　西番莲与6个物种的HSF系统进化树分析

将西番莲、水稻、拟南芥、番茄、单瓣茉莉花、木薯（单倍型A和B基因组）和玉米的HSF成员的蛋白序列合并输入到MUSCLE进行全局比对，比对结果使用MEGA 7程序构建maximal likelihood似然树，设置bootstrap重复次数为1000次，最后输入iTOL在线软件（https://itol.embl.de/）进行美化。

1.2.5　西番莲HSF基因结构与共线性分析

基因结构：从GFF文件中提取HSF基因的外显子、内含子位置信息，从Pfam注释结果中提取motif信息，使用GSDS程序绘制如下基因结构及motif分布图。共线性分析：首先BLAST比对所有蛋白序列，设定阈值E<1e-5，最小覆盖度大于40%。比对结果输入MCScanX程序，参数默认，输出全基因组范围内的共线性区块，并标注位于这些共线性区块内的目标基因家族。最后，用Circos在线软件（https://circos.ca/intro/tabularvisualization/）绘图。

1.2.6　mRNA提取

利用TRIzol^® Reagent试剂盒提取total RNA（Invitrogen，USA），具体流程按照说明书操作。OligodT富集mRNA，片段化mRNA，反转合成cDNA和连接adaptor参照前期发表文献的试验操作进行^[10]。

1.2.7　转录组测序

采用Illumina NovaSeq6000测序平台完成转录组测序，构建Illumina PE文库进行2×150 bp测序，通过fastp软件对获得的测序数据进行质量控制，包括：（1）碱基错误率分布统计；（2）碱基含量分布统计。将质控后的原始数据，即clean data（reads），利用Hisat2软件与参考基因组比对，参考基因组来自https://db.cngb.org/search/assembly/CNA0017758/。随后，获得mapped reads，同时利用RSeQC-2.3.6软件对转录组测序的比对结果进行质量评估，主要包括测序饱和度、基因覆盖度、reads在参考基因组不同区域分布以及reads在不同染色体分布分析。使用StringTie软件对每个样本进行拼接，最终合并在一起。

1.2.8　转录数据分析

使用RSEM软件（http://deweylab.github.io/RSEM/）分别对基因/转录本的整体表达水平进行定量分析，以便后续分析不同样本间基因/转录本的差异表达情况，定量指标为TPM（transcripts per million reads）。基因表达量分析获得基因/转录本的read counts数量后，采用DESeq2对多样本项目进行样本间或组间基因/转录本差异表达分析，鉴定出差异表达的基因/转录本，设置参数：P adjust<0.05并且|log₂FC|≥1。

利用聚类热图在线软件（https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/heatmap/）展示西番莲HSF基因的表达量及相关性，数据归一化方式为row。

1.2.9　RT-qPCR分析

采用Trizol法提取金陵紫果和黄果原生种花蕾的总RNA，利用HiScriptⅡQ RT SuperMix for qPCR（+gDNA wiper）试剂盒进行反转录。实时荧光定量PCR反应采用Universal SYBR qPCR Master法，反应体系（20 μL）：10 μL Universal SYBR qPCR Master Mix，0.5 μL上游引物，0.5 μL下游引物，1 μL cDNA，8 μL ddH₂O。反应条件为94 ℃预变性3 min；94 ℃变性15 s，58 ℃退火15 s，72 ℃延伸20 s，40个循环；设置3个重复。荧光定量PCR相关引物见表1。

2　结果与分析

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2.1　西番莲及6种植物的HSF基因家族成员鉴定

基于HSF保守结构域（PF00447）氨基酸序列信息，利用PfamScan软件在西番莲、拟南芥、水稻、番茄、单瓣茉莉花、木薯和玉米中分别检测到26、24、25、26、23、63个（单倍型A基因组32个，单倍型B基因组31个）、玉米26个。西番莲HSF基因分布在第1、4、5、6、7、8、9染色体上，其中第1染色体上的HSF基因数量最多，为9个，而第2和3染色体上未鉴定出HSF基因，说明HSF基因在西番莲基因组上分布不均匀。西番莲的26个HSF基因平均长度为3062 bp，其中ZX06G0012300长度最小，为1073 bp；ZX01G0121040的长度最大，为12 613 bp；13个HSF基因分布在正义链上，13个在反义链上（表2）。依据西番莲26个HSF基因在基因组上的位置，将其命名为PeHSF1~PeHSF26。理化性质分析结果显示，西番莲HSF基因编码的氨基酸数量为100~1589，分子量为11 544.9~177 157.8 g/mol，预测等电点为4.25~10.80（表2）。

2.2　西番莲及6种植物的HSF基因家族成员的系统进化树

基于西番莲的26个HSF蛋白的氨基酸序列，利用MUSCLE软件进行全局比对，比对结果输入MEGA 7构建最大似然树。根据进化关系，将26个HSF基因分为10个亚群体，其中亚群Ⅱ包含5个HSF基因，亚群Ⅲ仅有1个HSF基因（图2A）。为了解不同物种间HSF基因的进化关系，基于西番莲等7个物种213个HSF蛋白构建了进化树，共分为11个亚群（图2B）。木薯是热带地区广泛种植的作物，其基因组大小为687 Mb^[11]，包含32个HSF基因。单瓣茉莉花是一种常绿植物，在夏季38 ℃以上的高温也可开花^[12]，因此，了解茉莉花耐高温胁迫分子机有助于预测西番莲HSF基因的功能。

2.3　西番莲基因组复制事件分析

利用26个HSF基因分析片段重复事件，结果表明有4个大的基因组重复区，包含5个HSF基因，分别为ZX01G0033270、ZX01G0052790、ZX01G0052980、ZX01G0116590和ZX08G0017710。具体信息是：（i）第1染色体上37 846 331~37 847 969 bp对应第1染色体上222 639 747~222 641 414 bp；（ii）第1染色体上52 338 517~52 340 350 bp对应第1染色体上52 437 222~52 439 067 bp；（iii）第1染色体上37 846 331~37 847 969 bp对应第8染色体上47 243 875~47 247 554 bp；（iv）第1染色体上222 639 747~222 641 414 bp对应第8染色体上47 243 875~47 247 554 bp（表3，图3）。

由于西番莲基因组共线性区域的HSF仅有5个，无法推测全基因组复制（whole genome duplication，WGD）事件，因此使用MCScanX软件鉴定处于基因组共线性区块内4对同源基因，计算每个同源基因对的Ka、Ks、Ka/Ks值，Ks值越高表明基因组复制速度越快。一般认为Ks=1.5处为双子叶植物共同经历的六倍化事件（距今约110百万年），随后西番莲经过2次独立的全基因组复制事件WGD-1和WGD-2（图4）。

2.4　西番莲HSF基因的结构及保守基序

通过基因结构分析可以了解西番莲HSF基因家族成员的进化关系。本研究对26个HSF基因进行基因结构分析，从内含子-外显子组成来看，PeHSF基因有1~12个内含子和2~13个外显子（图5）。26个西番莲HSF基因均含有DNA结合保守结构域，这与前人研究结果一致^[3]。ZX01G0121040除了含有DNA结合保守结构域之外，还有SNARE、Syntaxin 2、PPR、PPR1、PPR2结构域，ZX05G0014520还含有RCCR结构域，ZX04G0002290含有SurE结构域。

2.5　西番莲HSF基因在成花期对高温的反应

由于高温敏感品种黄果原生种和高温耐受品种金陵紫果在夏天高温环境中成花差异（图6），因此，可以2个品种的叶片（leaf，L）、卷须（tendril，T）、花蕾（flower，F）和茎（stem，S）进行转录组分析，找出影响西番莲耐热差异的基因。

将高温处理后采集的24个样品测序，测序数据质量控制后有效读长（clean reads）数为41 725 898~52 997 150条，有效碱基数为6 058 511 181~7 620 631 463 bp，测序碱基正确率在99.9%（Q₃₀）以上的碱基占总碱基的百分比为92.34%~93.70%（附表1）。

将质控后有效读长与西番莲参考基因组比对（https://db.cngb.org/search/assembly/CNA0017758/），能定位到基因组上的有效读长数为30 464 977~41 566 866，比对率为72.47%~78.63%，平均比对率为76.72%；在参考序列上有多个比对位置的有效读长数为1 706 379~3 969 640，比对率为3.75%~9.31%；在参考序列上有唯一比对位置的clean reads数目为28 682 624~37 830 849，比对率为67.86%~72.20%（附表2）。

利用RSEM软件分别对基因和新转录本的表达水平进行定量分析，定量指标为TPM（transcripts per million），24个样品的基因表达量见附表3。基于基因表达量，分析24个样本间的相关系数，结果显示样本生物学重复性好。通过PCA分析发现，生物学重复间的样本间相似性高（图7）。

采用DESeq2软件进行组间基因表达量差异分析，获得2组间发生差异表达的基因（DEGs）。在接种0 h时，HG与ZG的花蕾间的差异表达基因共有6077个，其中3363个上调基因，2714个下调基因；卷须间的差异表达基因共有1923个，其中1091个上调基因，832个下调基因；茎秆间的差异表达基因共有1833个，其中1023个上调基因，860个下调基因；叶片间的差异表达基因共有1592个，其中848个上调基因，744个下调基因（图8，附表4）。

分析26个HSF基因在紫果和黄果原生种中的表达量（TPM），结果表明ZX01G0002530、ZX01G0052790、ZX01G0052980、ZX01G0121040、ZX05G0014510、ZX05G0014520、ZX06G0002180、ZX07G0010660在花蕾的表达量差异显著（表4，图9）。与黄果原生种相比，ZX05G0014520、ZX08G0002060、ZX01G0002530在金陵紫果的叶片、卷须和茎秆中表达量上调；虽然ZX07G0010660、ZX01G0121040和ZX01G0052790在叶片、花蕾和茎秆中表达量下调，但是仅在花蕾中达到显著性差异，且ZX01G0121040基因的表达水平高（表4）。

由于ZX01G0052980和ZX01G0055790之间以及ZX05G0014510和ZX05G0014520之间的序列高度相似，不利于设计引物，本研究利用RT-qPCR技术检测ZX01G0002530、ZX01G0052790、ZX01G1G0121040、ZX04G0012630、ZX05G0104150、ZX006G0002180、ZX09G0012300、ZX07G0010660、ZX08G00002060和ZX08G0024160在黄果原生种和金陵紫果花蕾的表达量（图10）。RT-qPCR分析结果表明，10个HSF基因在黄果原生种与金陵紫果的表达水平与RNA-seq分析的结果一致。值得注意的是，仅有ZX06G0012300在金陵紫果的表达水平高于黄果原生种。

3　讨论

收起

热应激转录因子是植物热胁迫防御响应中的中心调节子。目前，研究人员在水稻、拟南芥和番茄中发现HSF基因参与调控高温环境响应。GUO等^[13]在拟南芥和水稻基因组中分别鉴定出21个和25个HSF基因，YANG等^[14]在番茄（Solanum lycopersicum）中鉴定出26个HSF基因。本研究中，在拟南芥、水稻和番茄基因组中分别鉴定到24、25、26个HSF基因，与GUO等^[13]鉴定的拟南芥HSF基因数量有差异。YU等^[5]构建了111种植物HSF耐热基因数据库，其中拟南芥基因组含有24个HSF基因，这与本研究结果一致。根据Ensembl Plants数据库收录的信息，水稻、拟南芥和番茄基因组大小分别为373.8、119.7、827.4 Mb。虽然番茄基因组大小是拟南芥的6.9倍，但它们的HSF基因数量仅相差2个，这表明HSF基因可能在植物适应高温环境中功能保守。因此，借鉴水稻、拟南芥和番茄的HSF基因功能，推测西番莲HSF基因作用。

在拟南芥中，热激转录因子基因HsfA1a（At4g17750）是响应热胁迫的主要调控因子^[15-16]。在本研究中，进化树分析结果表明西番莲ZX01G0121040与HsfA1a亲缘关系较近，属于亚群Ⅳ。此外，该亚群还包括拟南芥其他4个HSF基因，分别为At1g67970、At1g32330、At3g02990和At5g16820。At1g32330（HSFA1d）和At5g16820（HSFA1b）属于HSFA1s亚家族，它们是拟南芥热形态建成所必需的^[17]，而AT3G02990（HSFA1e）似乎对热响应不那么重要^[16]。此外，LOC_Os03g12370（OsHsfA9）和LOC_Os03g63750（OsHsfA1a）也属于亚群Ⅳ，在水稻热胁迫时表达量显著上调^[18]。

我们发现西番莲经历3次全基因组复制事件，这与ZHENG等^[19]的研究结果一致。在西番莲基因组中，有5个HSF基因位于基因组复制区域，其中ZX01G0033270、ZX01G0116590和ZX08G0017710聚类在亚群Ⅲ。亚群Ⅲ含有拟南芥HSF基因：At3g51910（HSFA7a）、At3g63350（HSFA7b）和At3g22830，研究表明NAC019结合HSFA1b、HSFA6b、HSFA7a和HSFC1的启动子而增强了拟南芥耐热性^[20]。HSFA7b通过调节拟南芥中乙烯的生物合成和信号传导来控制茎尖分生组织的温度变化^[21]。此外，亚群Ⅲ还包含水稻HSF基因LOC_Os03g58160、LOC_Os07g08140、LOC_Os03g53320、LOC_Os03g53340、LOC_Os10g28340、LOC_Os03g06630（HTG3），其中HTG3通过调节JAZ参与水稻的耐热性^[22]。ZX01G0052790和ZX01G0052980聚类在一起，属于亚群Ⅺ，该亚群包含有2个拟南芥基因：At2g41690（HSFB3）和At4g36990（HsfB1）。研究表明，RCF3正调控HSFA1e，HSFA3、HSFA9、HSFB3和DREB2C的表达增加拟南芥的耐热性^[23]。虽然HsfB1和HsfB2b抑制HsfA2、HsfA7a、HsfB1和HsfB2b表达，但是正调控拟南芥的耐热性^[24]。

利用RNA-seq分析发现有12个HSF基因在黄果原生种和金陵紫果花蕾的表达量差异显著，进化树分析表明ZX01G0121040与拟南芥的HsfA1a基因亲缘关系较近，HsfA1a正调控热胁迫^[15-16]。ZX01G0002530、ZX01G0052790、ZX01G0052980、ZX05G0014510和ZX05G0014520属于亚群Ⅺ，且ZX01G0052790和ZX05G0014510表达模式相似。虽然ZX01G0052790和ZX01G0052980基因序列具有共线性，但是它们在西番莲花蕾响应高温时的表达量趋势相反。HSFB3和HsfB1位于亚群Ⅺ内，均与拟南芥的耐热性相关^[23-24]。ZX04G0012630、ZX06G0002180和ZX08G0024160属于亚群Ⅶ，该亚群中At4g18870参与调控拟南芥的耐热性^[25]。在系统进化树上，ZX06G0002180与At4g18870的亲缘关系更近。ZX07G0010660属于亚群Ⅹ，同源基因At4g11660（HsfB2b）正调控拟南芥的耐热性^[24]。ZX08G0002060属于亚群Ⅳ，其同源基因At3g22830（HSFA6b）参与ABA介导的耐热性^[26]，另一同源基因HSFA7A可能参与了拟南芥对高温的适应^[20,24]。

本研究发现，西番莲HSF基因除了含有DNA结合结构域外，ZX01G0121040还包含有PPR、Syntaxin 2和SNARE等结构域。PPR（pentatricopeptide repeat）是一种三角状五肽重复蛋白，属于植物中最大的核编码蛋白家族。PPR蛋白参与植物生长发育和响应胁迫反应^[27-28]。Qa-SNARE最早在哺乳动物基因组中发现，命名为突触融合蛋白（syntaxin），其在与植物体生长发育、抗病反应和非生物胁迫中起着重要功能^[29-30]。此外，ZX05G0014520还含有RCCR结构域，RCCR是催化叶绿素降解代谢反应的主要酶类^[31]。这些研究结果表明，西番莲HSF基因可能在植物生长发育和逆境胁迫中也具有重要功能。

4　结论

收起

高温胁迫严重影响了西番莲的成花，鉴定耐热基因是提高西番莲适应极端温度的一个有效方法。在本研究中，我们在西番莲基因组中鉴定了26个HSF基因，并分析了HSF成员的理化性质、进化树、基因结构、共线性和全基因组复制事件。利用RNA-seq分析发现ZX01G0002530、ZX01G0052790、ZX01G0052980、ZX01G0121040、ZX04G0012630、ZX05G0014510、ZX05G0014520、ZX06G0002180、ZX06G0012300、ZX07G0010660、ZX08G0002060、ZX08G0024160在金陵紫果与黄果原生种花蕾的表达量差异显著，RT-qPCR分析结果验证了RNA-seq的结果，并推测ZX01G0121040是西番莲成花期响应高温胁迫的重要基因。本研究结果将为西番莲成花耐热性的遗传改良提供重要的基因资源和理论技术支撑。

基金

收起

国家自然科学基金项目(32260740; 32060660)
广西自然科学基金项目(2023GXNSFAA026301)

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2025年第46卷第4期

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文章信息

doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.04.004

接收时间：2024-11-29
首发时间：2026-06-24
出版时间：2025-04-25

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作者

出版历史

收稿日期：2024-11-29
录用日期：2024-12-19

基金

国家自然科学基金项目(32260740; 32060660)

广西自然科学基金项目(2023GXNSFAA026301)

作者信息

^1.广西壮族自治区农业科学院生物技术研究所，广西南宁　530007

^2.广西壮族自治区农业科学院，广西南宁　530007

通讯作者:

^* 牟海飞（MOU Haifei），E-mail：mhf@gxaas.net

吴艳艳（WU Yanyan），E-mail：wuyanyan@gxaas.net。

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/rdzwxb/CN/10.3969/j.issn.1000-2561.2025.04.004

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

基因名称Gene name	正向引物序列（5′–3′）Forward primer sequence (5′–3′)	反向引物序列（5′–3′）Reverse primer sequence (5′–3′)	产物大小Product size/bp
EF1	GGCTGAGCGTGAACGTGGTA	CGGCACAATCAGCCTGGGAA	146
ZX01G0002530	TGGAACCTCTTCTTCGCAGTC	CGTTGTCCTTCTTCAGCCTCT	146
ZX01G0052790	AAGCGGAGATAGGAACGAACAT	AGCAGCAGAGAAGAGAAGAAGG	122
ZX01G0121040	ATCAGTGCGATGCGTCAGT	TGTCGTAAGTCTTGCTCAGGAA	114
ZX04G0012630	TCCAACACCAACAGCAACAC	GTATTCAACTGCCTAACGAAGC	188
ZX05G0014510	GAACTCAAGAATCCATAGCAAGCAT	GAAGAGGAGAAGAGCAGTCAAGAA	150
ZX06G0002180	TTGGCAGTGATAGTTGTTGGTT	GAGTCCGTGGAAGCATCGT	156
ZX06G0012300	TTAGTGGAAGAAGGTGAAGGTGAA	GAAGTTGTTGTGCTTGAAGTATCTG	147
ZX07G0010660	CGCAGGAACTCATCGGTCAA	TGGTGTTGGCATGGATCTCTG	179
ZX08G0002060	CATTGCGTTGAAGTTGGAAGGT	CCTCGTCATCTGCTGTTGCT	183

基因名称Gene name

正向引物序列（5′–3′）Forward primer sequence (5′–3′)

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产物大小Product size/bp

EF1

GGCTGAGCGTGAACGTGGTA

CGGCACAATCAGCCTGGGAA

146

ZX01G0002530

TGGAACCTCTTCTTCGCAGTC

CGTTGTCCTTCTTCAGCCTCT

146

ZX01G0052790

AAGCGGAGATAGGAACGAACAT

AGCAGCAGAGAAGAGAAGAAGG

122

ZX01G0121040

ATCAGTGCGATGCGTCAGT

TGTCGTAAGTCTTGCTCAGGAA

114

ZX04G0012630

TCCAACACCAACAGCAACAC

GTATTCAACTGCCTAACGAAGC

188

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GAACTCAAGAATCCATAGCAAGCAT

GAAGAGGAGAAGAGCAGTCAAGAA

150

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TTGGCAGTGATAGTTGTTGGTT

GAGTCCGTGGAAGCATCGT

156

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TTAGTGGAAGAAGGTGAAGGTGAA

GAAGTTGTTGTGCTTGAAGTATCTG

147

ZX07G0010660

CGCAGGAACTCATCGGTCAA

TGGTGTTGGCATGGATCTCTG

179

ZX08G0002060

CATTGCGTTGAAGTTGGAAGGT

CCTCGTCATCTGCTGTTGCT

183

基因ID Gene ID	基因名称Gene name	染色体Chromosome	起始位置Start/bp	终止位置End/bp	DAN链DNAstrand	氨基酸数目Number of amino acids	分子量Molecular weight/(g·mol^–1)	等电点Isoelectric point
ZX01G0002530	PeHSF1	1	8 125 264	8 127 385	–	278	30 453.2	5.50
ZX01G0031130	PeHSF2	1	36 650 915	36 652 352	–	363	40 377.0	8.36
ZX01G0033270	PeHSF3	1	37 846 331	37 847 969	–	214	25 155.0	10.80
ZX01G0052790	PeHSF4	1	52 338 517	52 340 350	–	231	26 844.2	7.92
ZX01G0052980	PeHSF5	1	52 437 222	52 439 067	+	231	26 870.2	8.22
ZX01G0097330	PeHSF6	1	196 488 976	196 493 029	+	538	60 346.7	4.43
ZX01G0116590	PeHSF7	1	222 639 747	222 641 414	–	337	38 773.4	5.84
ZX01G0121040	PeHSF8	1	226 501 965	226 514 578	+	1589	177 157.8	7.64
ZX01G0125220	PeHSF9	1	232 190 295	232 193 763	+	378	41 574.7	4.25
ZX04G0001060	PeHSF10	4	2 286 217	2 288 157	-	315	35 432.8	5.52
ZX04G0002290	PeHSF11	4	4 010 975	4 016 322	+	866	95 458.4	5.24
ZX04G0003200	PeHSF12	4	4 837 417	4 840 450	–	450	50 342.3	4.50
ZX04G0012630	PeHSF13	4	40 722 041	40 725 557	+	100	11 544.9	9.55
ZX04G0030270	PeHSF14	4	111 116 250	111 118 797	+	359	41 637.4	4.68
ZX05G0014510	PeHSF15	5	98 957 274	98 960 197	–	291	31 652.7	6.30
ZX05G0014520	PeHSF16	5	98 984 937	98 991 511	–	637	70 341.3	6.22
ZX06G0002180	PeHSF17	6	10 474 728	10 478 166	–	401	45 808.5	4.74
ZX06G0012300	PeHSF18	6	67 773 172	67 774 245	+	215	25 004.7	9.83
ZX06G0026630	PeHSF19	6	110 588 691	110 591 996	–	274	31 588.4	8.46
ZX07G0010660	PeHSF20	7	76 909 182	76 910 613	+	394	43 079.7	6.52
ZX08G0002060	PeHSF21	8	9 063 848	9 066 494	+	359	41 530.3	4.77
ZX08G0009900	PeHSF22	8	35 548 388	35 550 721	+	375	42 371.8	5.27
ZX08G0013320	PeHSF23	8	41 453 911	41 455 248	+	341	38 597.1	9.94
ZX08G0017710	PeHSF24	8	47 243 875	47 247 554	–	394	44 973.4	5.38
ZX08G0024160	PeHSF25	8	53 331 981	53 334 283	+	484	54 373.6	5.11
ZX09G0006470	PeHSF26	9	32 699 617	32 701 137	–	318	35 592.3	6.80

基因ID Gene ID

基因名称Gene name

染色体Chromosome

起始位置Start/bp

终止位置End/bp

DAN链DNAstrand

氨基酸数目Number of amino acids

分子量Molecular weight/(g·mol^–1)

等电点Isoelectric point

ZX01G0002530

PeHSF1

8 125 264

8 127 385

–

278

30 453.2

5.50

ZX01G0031130

PeHSF2

36 650 915

36 652 352

–

363

40 377.0

8.36

ZX01G0033270

PeHSF3

37 846 331

37 847 969

–

214

25 155.0

10.80

ZX01G0052790

PeHSF4

52 338 517

52 340 350

–

231

26 844.2

7.92

ZX01G0052980

PeHSF5

52 437 222

52 439 067

231

26 870.2

8.22

ZX01G0097330

PeHSF6

196 488 976

196 493 029

538

60 346.7

4.43

ZX01G0116590

PeHSF7

222 639 747

222 641 414

–

337

38 773.4

5.84

ZX01G0121040

PeHSF8

226 501 965

226 514 578

1589

177 157.8

7.64

ZX01G0125220

PeHSF9

232 190 295

232 193 763

378

41 574.7

4.25

ZX04G0001060

PeHSF10

2 286 217

2 288 157

315

35 432.8

5.52

ZX04G0002290

PeHSF11

4 010 975

4 016 322

866

95 458.4

5.24

ZX04G0003200

PeHSF12

4 837 417

4 840 450

–

450

50 342.3

4.50

ZX04G0012630

PeHSF13

40 722 041

40 725 557

100

11 544.9

9.55

ZX04G0030270

PeHSF14

111 116 250

111 118 797

359

41 637.4

4.68

ZX05G0014510

PeHSF15

98 957 274

98 960 197

–

291

31 652.7

6.30

ZX05G0014520

PeHSF16

98 984 937

98 991 511

–

637

70 341.3

6.22

ZX06G0002180

PeHSF17

10 474 728

10 478 166

–

401

45 808.5

4.74

ZX06G0012300

PeHSF18

67 773 172

67 774 245

215

25 004.7

9.83

ZX06G0026630

PeHSF19

110 588 691

110 591 996

–

274

31 588.4

8.46

ZX07G0010660

PeHSF20

76 909 182

76 910 613

394

43 079.7

6.52

ZX08G0002060

PeHSF21

9 063 848

9 066 494

359

41 530.3

4.77

ZX08G0009900

PeHSF22

35 548 388

35 550 721

375

42 371.8

5.27

ZX08G0013320

PeHSF23

41 453 911

41 455 248

341

38 597.1

9.94

ZX08G0017710

PeHSF24

47 243 875

47 247 554

–

394

44 973.4

5.38

ZX08G0024160

PeHSF25

53 331 981

53 334 283

484

54 373.6

5.11

ZX09G0006470

PeHSF26

32 699 617

32 701 137

–

318

35 592.3

6.80

重复区Duplicate region	重复1 Duplication 1	重复2 Duplication 2
1	Chr1	37 846 331~37 847 969	ZX01G0033270	Chr1	222 639 747~222 641 414	ZX01G0116590
2	Chr1	52 338 517~52 340 350	ZX01G0052790	Chr1	52 437 222~52 439 067	ZX01G0052980
3	Chr1	37 846 331~37 847 969	ZX01G0033270	Chr8	47 243 875~47 247 554	ZX08G0017710
4	Chr1	222 639 747~222 641 414	ZX01G0116590	Chr8	47 243 875~47 247 554	ZX08G0017710

重复区Duplicate region

重复1 Duplication 1

重复2 Duplication 2

染色体Chromosome

位置Position/bp

基因Gene

染色体Chromosome

位置Position/bp

基因Gene

Chr1

37 846 331~37 847 969

ZX01G0033270

Chr1

222 639 747~222 641 414

ZX01G0116590

Chr1

52 338 517~52 340 350

ZX01G0052790

Chr1

52 437 222~52 439 067

ZX01G0052980

Chr1

37 846 331~37 847 969

ZX01G0033270

Chr8

47 243 875~47 247 554

ZX08G0017710

Chr1

222 639 747~222 641 414

ZX01G0116590

Chr8

47 243 875~47 247 554

ZX08G0017710

基因Gene	组织Tissue	表达水平（TPM）Expression level (TPM)	Log₂FC	P adjust	显著性Significance	调控作用Regulation
ZX05G0014520	茎秆	3.337	1.883	0.900	0.005	no	up
花蕾	5.073	23.683	–1.900	7.53E–10	yes	down
叶片	8.977	4.117	1.272	0.094	no	up
卷须	5.807	3.347	0.801	0.166	no	up
ZX08G0002060	茎秆	0.030	0.010	1.528	1.000	no	up
花蕾	0.133	0.207	–0.355	0.787	no	down
叶片	0.107	0.040	1.537	0.811	no	up
卷须	0.117	0.080	0.603	0.865	no	up
ZX08G0024160	茎秆	7.110	6.940	0.107	0.821	no	up
花蕾	6.607	9.343	–0.198	0.571	no	down
叶片	5.343	5.843	0.015	0.994	no	up
卷须	8.200	8.683	–0.046	0.943	no	down
ZX01G0002530	茎秆	3.517	2.190	0.726	0.463	no	up
花蕾	8.783	37.660	–1.751	0.014	yes	down
叶片	2.887	1.657	0.936	0.092	no	up
卷须	22.533	15.807	0.516	0.627	no	up
ZX07G0010660	茎秆	3.333	4.397	–0.282	0.642	no	down
花蕾	3.870	10.893	–1.269	1.80E–05	yes	down
叶片	2.693	3.880	–0.218	0.855	no	down
卷须	6.623	9.480	–0.466	0.324	no	down
ZX01G0121040	茎秆	56.827	82.173	–0.443	0.011	no	down
花蕾	46.123	116.893	–1.028	1.17E–11	yes	down
叶片	45.007	97.533	–0.879	5.10E–10	no	down
卷须	78.453	133.823	–0.728	0.018	no	down
ZX04G0012630	茎秆	2.033	1.627	0.388	0.498	no	up
花蕾	2.097	5.103	–0.982	0.005	no	down
叶片	2.030	2.687	–0.268	0.824	no	down
卷须	2.960	3.217	–0.072	0.945	no	down
ZX06G0002180	茎秆	5.277	5.577	0.047	0.939	no	up
花蕾	5.570	16.490	–1.314	3.84E–05	yes	down
叶片	6.967	7.087	0.126	0.941	no	up
卷须	6.140	7.933	–0.267	0.744	no	down
ZX01G0052790	茎秆	0.033	0.230	–2.801	0.343	no	down
花蕾	0.110	3.650	–4.673	3.89E–07	yes	down
叶片	0.000	0.123	–3.610	1.000	no	down
卷须	0.217	0.923	–1.988	0.238	no	down
ZX05G0014510	茎秆	0.060	0.737	–3.620	0.010	yes	down
花蕾	0.133	22.727	–7.128	1.95E–33	yes	down
叶片	0.017	0.507	–4.843	0.026	yes	down
卷须	0.207	1.967	–3.036	0.042	yes	down
ZX01G0052980	茎秆	0.113	0.000	3.688	1.000	no	up
花蕾	0.683	0.000	6.377	0.001	yes	up
叶片	0.000	0.000	0.000	1.000	no test	no test
卷须	0.483	0.000	5.555	0.011	yes	up
ZX06G0012300	茎秆	0.073	0.040	0.892	1.000	no	up
花蕾	0.593	0.080	3.109	0.128	no	up
叶片	0.073	0.040	0.934	1.000	no	up
卷须	0.423	0.047	3.211	0.325	no	up

基因Gene

组织Tissue

表达水平（TPM）Expression level (TPM)

Log₂FC

P adjust

显著性Significance

调控作用Regulation

金陵紫果Jinlingziguo

黄果原生种Huangguo original species

ZX05G0014520

茎秆

3.337

1.883

0.900

0.005

花蕾

5.073

23.683

–1.900

7.53E–10

yes

down

叶片

8.977

4.117

1.272

0.094

卷须

5.807

3.347

0.801

0.166

ZX08G0002060

茎秆

0.030

0.010

1.528

1.000

花蕾

0.133

0.207

–0.355

0.787

down

叶片

0.107

0.040

1.537

0.811

卷须

0.117

0.080

0.603

0.865

ZX08G0024160

茎秆

7.110

6.940

0.107

0.821

花蕾

6.607

9.343

–0.198

0.571

down

叶片

5.343

5.843

0.015

0.994

卷须

8.200

8.683

–0.046

0.943

down

ZX01G0002530

茎秆

3.517

2.190

0.726

0.463

花蕾

8.783

37.660

–1.751

0.014

yes

down

叶片

2.887

1.657

0.936

0.092

卷须

22.533

15.807

0.516

0.627

ZX07G0010660

茎秆

3.333

4.397

–0.282

0.642

down

花蕾

3.870

10.893

–1.269

1.80E–05

yes

down

叶片

2.693

3.880

–0.218

0.855

down

卷须

6.623

9.480

–0.466

0.324

down

ZX01G0121040

茎秆

56.827

82.173

–0.443

0.011

down

花蕾

46.123

116.893

–1.028

1.17E–11

yes

down

叶片

45.007

97.533

–0.879

5.10E–10

down

卷须

78.453

133.823

–0.728

0.018

down

ZX04G0012630

茎秆

2.033

1.627

0.388

0.498

花蕾

2.097

5.103

–0.982

0.005

down

叶片

2.030

2.687

–0.268

0.824

down

卷须

2.960

3.217

–0.072

0.945

down

ZX06G0002180

茎秆

5.277

5.577

0.047

0.939

花蕾

5.570

16.490

–1.314

3.84E–05

yes

down

叶片

6.967

7.087

0.126

0.941

卷须

6.140

7.933

–0.267

0.744

down

ZX01G0052790

茎秆

0.033

0.230

–2.801

0.343

down

花蕾

0.110

3.650

–4.673

3.89E–07

yes

down

叶片

0.000

0.123

–3.610

1.000

down

卷须

0.217

0.923

–1.988

0.238

down

ZX05G0014510

茎秆

0.060

0.737

–3.620

0.010

yes

down

花蕾

0.133

22.727

–7.128

1.95E–33

yes

down

叶片

0.017

0.507

–4.843

0.026

yes

down

卷须

0.207

1.967

–3.036

0.042

yes

down

ZX01G0052980

茎秆

0.113

0.000

3.688

1.000

花蕾

0.683

0.000

6.377

0.001

yes

叶片

0.000

1.000

no test

卷须

0.483

0.000

5.555

0.011

yes

ZX06G0012300

茎秆

0.073

0.040

0.892

1.000

花蕾

0.593

0.080

3.109

0.128

叶片

0.073

0.040

0.934

1.000

卷须

0.423

0.047

3.211

0.325