类型a
主作者及机构、发表期刊与时间
该研究的主要作者包括Pibiao Shi、Runzhi Jiang、Bin Li、Deling Wang、Di Fang、Min Yin、Mingming Yin以及通讯作者Minfeng Gu（邮箱：20163399@jaas.ac.cn）。所有作者均隶属于江苏省农业科学院盐城分院的新洋农业试验站。这项研究于2022年9月21日发表在《Genes》期刊上，文章标题为“Genome-Wide Analysis and Expression Profiles of the VOZ Gene Family in Quinoa (Chenopodium quinoa)”。
学术背景
该研究属于植物分子生物学和功能基因组学领域，重点探讨了藜麦（Chenopodium quinoa）中VOZ（Vascular Plant One Zinc-Finger）转录因子家族的基因组特性及其在植物生长发育和逆境响应中的作用。VOZ是一类植物特异性转录因子，在调控植物开花时间、抗病性和非生物胁迫响应等方面发挥重要作用。然而，关于藜麦中VOZ基因家族的研究尚属空白。藜麦是一种具有高营养价值和强环境适应性的作物，被誉为“超级食品”，但其基因组信息和功能基因研究仍需深入挖掘。本研究旨在通过全基因组分析鉴定藜麦中的VOZ基因家族成员，并探讨其在不同组织中的表达模式及对多种非生物胁迫的响应机制。
研究流程
本研究共分为六个主要步骤：
1. 数据获取与初步筛选：利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）中已知的VOZ蛋白序列作为查询序列，通过BLASTP方法在藜麦基因组数据库中筛选出潜在的VOZ基因。最终鉴定了4个VOZ基因，分别命名为CqVOZ1至CqVOZ4。
2. 基本特性分析：对这些基因的基本物理化学性质（如开放阅读框长度、氨基酸数量、分子量、等电点等）进行了详细分析，并预测了它们的亚细胞定位。此外，还绘制了这些基因在染色体上的分布图。
3. 系统进化分析：基于藜麦、拟南芥、水稻（Oryza sativa）、棉花（Gossypium hirsutum）、玉米（Zea mays）、大豆（Glycine max）和甜菜（Beta vulgaris）的VOZ蛋白序列，构建了无根系统进化树。结果表明，这30个VOZ蛋白被分为四个组，而藜麦的4个CqVOZ基因仅分布在第II和III组中。
4. 基因结构与保守基序分析：通过比对基因组DNA序列和编码区序列，分析了CqVOZ基因的外显子-内含子结构。同时，使用MEME程序识别了这些基因的保守基序，并通过ClustalX 2.0软件进行多序列比对，进一步验证了VOZ结构域的高度保守性。
5. 蛋白质结构分析：利用GOR IV工具预测了CqVOZ蛋白的二级结构，并通过SWISS-MODEL服务器构建了它们的三维结构模型。
6. 表达谱分析：采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术，分析了CqVOZ基因在不同组织（根、茎、叶、花序和种子）中的表达模式，以及在冷胁迫、盐胁迫和干旱胁迫条件下的表达变化。
主要结果
1. 基因鉴定与基本特性：成功鉴定了4个CqVOZ基因，它们分布在三条染色体上。这些基因的开放阅读框长度介于1230 bp到1569 bp之间，编码的氨基酸数量为409至522个，分子量范围为45.93 kDa到58.08 kDa，等电点在5.48到7.56之间。所有CqVOZ蛋白均定位于细胞核中。
2. 系统进化关系：系统进化分析显示，CqVOZ1和CqVOZ3属于第II组，而CqVOZ2和CqVOZ4属于第III组。藜麦的VOZ蛋白与甜菜的同源性最高，表明它们可能具有相似的功能。
3. 基因结构与保守基序：除CqVOZ3外，其余三个基因均包含4个外显子和4个内含子。保守基序分析发现，每个CqVOZ成员至少包含8个保守基序，其中CqVOZ2和CqVOZ4包含全部10个基序。VOZ结构域由基序2、3、1、4和6组成，表现出高度保守性。
4. 蛋白质结构：二级结构预测表明，CqVOZ蛋白主要由随机卷曲（平均占比58.75%）、α螺旋（平均占比27.81%）和延伸链（平均占比13.44%）组成。三维结构建模结果显示，CqVOZ1和CqVOZ3在空间结构上更相似，而CqVOZ2和CqVOZ4则更为接近。
5. 表达模式分析：组织特异性表达分析表明，CqVOZ基因在花序中表达最高，在茎和叶中表达较低，提示它们可能参与了花发育过程。此外，CqVOZ2和CqVOZ3在种子发育过程中表达显著增加，可能与藜麦产量形成相关。非生物胁迫实验显示，CqVOZ2和CqVOZ3在冷、盐和干旱胁迫下显著上调，而CqVOZ1和CqVOZ4则受到抑制。
结论与意义
本研究首次系统地鉴定了藜麦中的VOZ基因家族成员，并对其基因组特性、系统进化关系、基因结构、保守基序和表达模式进行了全面分析。研究结果表明，CqVOZ基因在藜麦的生长发育和逆境响应中发挥了重要作用。特别是CqVOZ2和CqVOZ3在非生物胁迫下的显著上调表达，使其成为潜在的抗逆候选基因。这项研究不仅为理解藜麦VOZ基因家族的功能提供了重要基础，也为未来藜麦的遗传改良和抗逆育种提供了理论支持。
研究亮点
1. 首次在藜麦中鉴定出4个VOZ基因，并揭示了它们的基因组分布和基本特性。
2. 系统进化分析明确了藜麦VOZ基因与其他植物物种之间的亲缘关系。
3. 发现了CqVOZ基因在花序和种子发育中的高表达模式，以及在非生物胁迫下的差异表达特征。
4. 提出了CqVOZ2和CqVOZ3作为潜在抗逆候选基因的可能性。
其他有价值内容
本研究采用了多种生物信息学工具和实验技术，包括BLASTP、MEME、ClustalX 2.0、GOR IV和SWISS-MODEL等，确保了数据分析的准确性和可靠性。此外，研究还结合了藜麦参考基因组和RNA-Seq数据，为进一步探索VOZ基因的功能奠定了坚实基础。