馬鈴薯NHX基因家族的鑒定與表達(dá)模式分析

摘要：NHX基因是一類參與植物對鹽脅迫逆境適應(yīng)的基因家族，在植物對鹽脅迫逆境的適應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。為探究馬鈴薯NHX基因家族的功能和特征及在逆境適應(yīng)中的潛在作用，從馬鈴薯基因組中通過生物信息學(xué)方法鑒定到7個(gè)馬鈴薯NHX基因，對這些家族成員進(jìn)行理化性質(zhì)分析、染色體定位分析、系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系分析、啟動子順式調(diào)控元件分析、與miRNA的靶向關(guān)系分析、組織表達(dá)特異性、生物/非生物脅迫下的表達(dá)模式分析。結(jié)果表明，7個(gè)StNHX基因家族成員分布在1、4、6號染色體上；氨基酸長度為224～1 044個(gè)，蛋白分子量在24 698.2～116 236.32 u之間，等電點(diǎn)為在5.95～8.57，親水系數(shù)為0.022～0.623。7個(gè)StNHX基因來源于3個(gè)鄰近復(fù)制基因?qū)?個(gè)轉(zhuǎn)座復(fù)制基因?qū)?，與擬南芥進(jìn)行物種間共線性分析鑒定到5對直系同源基因?qū)?。系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯NHX基因可以被分為3個(gè)亞群；啟動子序列分析發(fā)現(xiàn)，StNHX基因含有多個(gè)與激素和脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件。與miRNA靶向關(guān)系分析共預(yù)測到73個(gè)已知的miRNA可能調(diào)控7個(gè)StNHX基因。全部NHX家族成員在根和萼片中都有表達(dá)，StNHX3基因在各個(gè)組織中表達(dá)量最多，在生物和非生物脅迫下不同成員也呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)模式。本研究結(jié)果有助于增加對馬鈴薯NHX基因家族的了解，為進(jìn)一步探索馬鈴薯NHX基因家族的功能和調(diào)控機(jī)制提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；鹽脅迫；NHX；基因家族

中圖分類號：S532.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）15-0044-09

收稿日期：2023-09-17

基金項(xiàng)目：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號：GJJ2205814）。

作者簡介：黃 強(qiáng)（1986—），男，江西余干人，碩士，講師，研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)。E-mail：hkzxhq2@163.com。

植物常常面臨各種環(huán)境脅迫，其中鹽脅迫是植物生長發(fā)育和作物生產(chǎn)力的主要限制因素之一。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織公布，2021年全球鹽漬土壤面積逾8.33億hm2（占地球面積的8.7%）［1］。鹽脅迫通過損害糧食作物的各種生理、生化和分子功能，進(jìn)而影響植物的形態(tài)，降低生產(chǎn)力，使全球范圍內(nèi)糧食產(chǎn)量減少。詳細(xì)地說，鹽脅迫抑制種子萌發(fā)、植物生長、發(fā)育和產(chǎn)量［2］。植物已經(jīng)進(jìn)化出多種策略來應(yīng)對鹽脅迫，包括生長發(fā)育的調(diào)節(jié)、離子穩(wěn)態(tài)、抗氧化系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)［3］。離子平衡的維持在植物抗鹽脅迫中起著至關(guān)重要的作用，其中，一種可能的機(jī)制是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈉離子的濃度來適應(yīng)鹽脅迫。鹽脅迫下植物的離子轉(zhuǎn)運(yùn)體主要包括K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1（HKT1）和Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NHX）［4-5］。前者可調(diào)節(jié)Na+的遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)運(yùn)，后者可控制Na+的區(qū)室化或外排。

Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白屬于陽離子/質(zhì)子逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（CPA）超家族CPA1類型。該家族屬于跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在植物高鹽脅迫下通過維持細(xì)胞的離子平衡和pH值穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用［6］。當(dāng)植物受到鹽脅迫時(shí)，土壤中的鹽分濃度升高，會導(dǎo)致細(xì)胞外的鈉離子濃度增加。Na+會通過非選擇性離子通道和高親和力的HKT1進(jìn)入細(xì)胞。為了維持細(xì)胞內(nèi)鈉離子的穩(wěn)定，NHX基因被激活并開始表達(dá)，翻譯的NHX蛋白質(zhì)通過質(zhì)子泵作用，將細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)子與鈉離子結(jié)合，形成Na+/H+交換體。隨后，這個(gè)交換體會運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜上，并將鈉離子釋放到細(xì)胞外，同時(shí)將質(zhì)子帶回細(xì)胞內(nèi)。這樣，NHX蛋白質(zhì)通過轉(zhuǎn)運(yùn)鈉離子來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的離子平衡，保持細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境，從而提高植物的耐鹽性。

NHX基因已在多個(gè)物種中進(jìn)行了基因家族分析，如葡萄、葫蘆、大豆、茶樹等［7-10］。植物中NHX基因首次被鑒定出來是在大麥根尖中［11］，隨后在擬南芥中也鑒定到了該基因［12］。目前，擬南芥中已鑒定出8個(gè)成員，AtNHX1-4定位于液泡膜（Vac）［13-14］；AtNHX5和AtNHX6定位細(xì)胞內(nèi)（Endo）；AtNHX7/SOS1和AtNHX8定位質(zhì)膜（PM）［15］。研究表明，AtNHX1和AtNHX2的功能是控制液泡K+和pH值穩(wěn)態(tài)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞擴(kuò)張、氣孔導(dǎo)度和花器官發(fā)育［14］。AtNHX5和AtNHX6參與維持細(xì)胞器pH值和離子穩(wěn)態(tài)，對細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)有影響［16］。甜菜和海島棉的NHX基因也聚類成3個(gè)分支［17-18］，其中Vac分支含有的NHX成員數(shù)量最多。

研究表明，在擬南芥中過表達(dá)AtNHX1基因，轉(zhuǎn)基因植株在澆灌高達(dá)200 mmol/L NaCl的土壤中正常生長和發(fā)育［4］。在擬南芥中，AtNHX1和AtNHX2的雙突變降低了液泡中的K+含量，并損害了細(xì)胞膨脹［19］。除了這些基因參與耐鹽性之外，NHX逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白還參與多種生理過程的調(diào)節(jié)，例如囊泡運(yùn)輸、pH值調(diào)節(jié)、K+穩(wěn)態(tài)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和生長/發(fā)育等［20-23］。轉(zhuǎn)入HtNHX1和HtNHX2基因的水稻通過改變K+和H+通量和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，提高水稻對Al3+的耐受性［24］。

馬鈴薯是繼水稻、小麥和玉米之后全球生產(chǎn)和消費(fèi)最重要的主食作物之一，它是碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和抗氧化劑廉價(jià)而豐富的來源，在全球糧食安全、營養(yǎng)和健康飲食方面發(fā)揮著重要作用［25］。盡管NHX基因家族在多種植物中得到廣泛研究，但在一些重要農(nóng)作物中的功能研究還比較缺乏。例如，馬鈴薯NHX基因家族成員的功能還不清楚。本研究對馬鈴薯NHX基因家族進(jìn)行了進(jìn)化和結(jié)構(gòu)分析，共鑒定出7個(gè)成員。通過系統(tǒng)發(fā)育樹分析，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯NHX基因可以分為三大類，這可能反映了它們在功能上的區(qū)別。筆者也分析了馬鈴薯在生物/非生物和激素處理下各家族成員的表達(dá)模式。這為后續(xù)功能解析奠定了基礎(chǔ)，該研究有助于利用NHX基因家族改善馬鈴薯的鹽堿脅迫耐受性。

1 材料與方法

1.1 馬鈴薯NHX基因家族成員的鑒定及蛋白質(zhì)理化性質(zhì)分析

馬鈴薯基因組數(shù)據(jù)來源于Spud DB（DM v6.1）（http：//spuddb.uga.edu/），Na+/H+exchanger結(jié)構(gòu)域HMM模型PF00999來自于Pfam數(shù)據(jù)庫（http：//pfam-legacy.xfam.org/）。使用TBtools（v1.120）［26］軟件Hmmer Search界面工具在馬鈴薯基因組數(shù)據(jù)中進(jìn)行比對，獲得的候選序列結(jié)果經(jīng)SMART（https：//smart.embl.de/）、NCBI-CDD［27］結(jié)構(gòu)域分析，去除了不含有Na+/H+exchanger保守結(jié)構(gòu)域的蛋白序列。最終，獲得馬鈴薯NHX基因家族成員。使用在線分析工具Expasy ProtPara（https：//web.expasy.org/compute_pi/）對馬鈴薯NHX蛋白序列相對分子量、等電點(diǎn)等理化性質(zhì)進(jìn)行分析。

1.2 馬鈴薯NHX基因的染色體分布

馬鈴薯NHX各成員的染色體位置信息來源于馬鈴薯基因組數(shù)據(jù)庫Spud DB（DM v6.1）。使用MG2C v2.1在線工具（http：//mg2c.iask.in/mg2c_v2.1/）繪制。馬鈴薯NHX家族基因的全基因組加倍事件分析方法參照Qiao等提出的重復(fù)基因進(jìn)化模型IDGRM［28］。從馬鈴薯基因組數(shù)據(jù)庫Spud DB（DM v6.1）下載馬鈴薯基因注釋文件，從Phytozome v13（https：//phytozome-next.jgi.doe.gov/）下載擬南芥基因注釋文件，使用TBtools（v1.120）軟件One Step MCScanX和Multuiple Synteny Plot程序?qū)︸R鈴薯與擬南芥進(jìn)行共線性分析。

1.3 馬鈴薯NHX基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

使用MEGA 7.0軟件的Neighbor-Joining法對馬鈴薯NHX蛋白序列（7個(gè)）與擬南芥NHX蛋白序列（8個(gè)）構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹，Bootstrap設(shè)置 1 000，其余設(shè)置參數(shù)為默認(rèn)值。

1.4 馬鈴薯NHX基因家族的序列和結(jié)構(gòu)域分析

StNHX基因結(jié)構(gòu)的可視化分析使用在線工具Gene Structure Display Server 2.0［29］。保守基序分析使用在線工具M(jìn)EME 5.5.4（https：//meme-suite.org/meme/），保守基序設(shè)置為15，其余設(shè)置參數(shù)為默認(rèn)。

1.5 馬鈴薯NHX基因啟動子順式作用元件分析

使用TBtools（v1.120）軟件提取StNHX起始密碼子ATG上游2 kb序列，并提交到在線網(wǎng)站PlantCARE［30］對StNHX基因的啟動子序列進(jìn)行分析，使用Excel表格對獲得的順式作用元件按照不同功能進(jìn)行歸類和可視化。

1.6 馬鈴薯NHX基因與miRNA靶向關(guān)系分析

使用在線工具psRNATarget（https：//www.zhaolab.org/psRNATarget/#）對可能調(diào)控馬鈴薯NHXs基因的miRNA進(jìn)行預(yù)測。使用Cytoscape3.7.1軟件進(jìn)行可視化。

1.7 馬鈴薯NHX基因家族表達(dá)分析

下載Spud DB數(shù)據(jù)庫中DM v6.1 RNA-seq數(shù)據(jù)，查找馬鈴薯NHX基因在不同組織（根、芽、葉、塊莖、心皮等）和不同脅迫處理（生物脅迫、非生物脅迫、激素處理）下的表達(dá)情況進(jìn)行總結(jié)。組織表達(dá)譜數(shù)據(jù)處理方法采用log2FPKM，生物/非生物脅迫和激素刺激的表達(dá)譜數(shù)據(jù)處理方法采用log2FoldChange。使用TBtools（v1.120）軟件對處理后的數(shù)據(jù)可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯NHX基因家族成員的鑒定及蛋白質(zhì)理化性質(zhì)分析

根據(jù)擬南芥AtNHX基因序列信息構(gòu)建的隱馬爾可夫模型，對馬鈴薯NHX基因進(jìn)行了搜索。在搜索過程中，利用SMART結(jié)構(gòu)域分析，去除了不含有Na+/H+exchanger結(jié)構(gòu)域（Pfam：PF00999）的基因。最終，在馬鈴薯（DM v6.1）中鑒定到了7個(gè)StNHX家族成員，分別被命名為StNHX1～StNHX7。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這些StNHX基因的蛋白編碼區(qū)長度在675～3 135 bp之間。編碼的蛋白長度在 224～1 044 個(gè)氨基酸之間。蛋白序列的分子量在 24 698.2～116 236.32 u之間。它們的等電點(diǎn)在595～8.57之間，蛋白親水系數(shù)為0.022～0.623，表明這些蛋白具有疏水特性（表1）。這些結(jié)論有助于對馬鈴薯NHX基因的特征和性質(zhì)有更詳細(xì)的了解。

2.2 馬鈴薯NHX基因的染色體分布

根據(jù)對StNHX基因的分析，發(fā)現(xiàn)這7個(gè)StNHX基因不均勻分布在馬鈴薯的3條染色體上。其中，Chr06號染色體上只含有1個(gè)StNHX7基因（圖1-A）。為研究StNHX家族基因的全基因組加倍事件，使用了重復(fù)基因進(jìn)化模型IDGRM進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，這7個(gè)StNHX基因來源于3個(gè)鄰近復(fù)制基因?qū)Γ▓D1-A，藍(lán)色連線）和3個(gè)轉(zhuǎn)座復(fù)制基因?qū)Γ▓D1-A，黑色連線）。鄰近復(fù)制基因?qū)Π⊿tNHX3/StNHX2、StNHX5/StNHX7和StNHX7/StNHX3，而轉(zhuǎn)座復(fù)制基因?qū)Π⊿tNHX4/StNHX1、StNHX5/StNHX3和StNHX6/StNHX2。此外，還使用TBtools（v1.120）軟件對馬鈴薯與擬南芥進(jìn)行了共線性分析。結(jié)果顯示，馬鈴薯與擬南芥之間存在5個(gè)基因?qū)Γ▓D1-B，紅色連線），分別是StNHX1/AT1G14660.1、StNHX1/AT2G01980.1、StNHX2/AT3G05030.1、StNHX2/AT5G27150.1和StNHX3/AT3G06370.3。這些結(jié)果為深入了解StNHX基因的起源、演化以及與擬南芥的關(guān)系提供了重要的線索。

2.3 馬鈴薯NHX基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

為更深入地了解NHX基因家族，將馬鈴薯NHX蛋白序列與擬南芥NHX蛋白序列一起構(gòu)建了進(jìn)化樹，并使用MEGA 7.0進(jìn)行進(jìn)化關(guān)系分析。根據(jù)擬南芥NHX家族的分類，研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯NHX也可以被分為3個(gè)組別，分別是Vac、Endo和PM。其中，Vac組包含了3個(gè)基因，而另外2個(gè)組別分別包含了2個(gè)基因（圖2）。通過進(jìn)化樹和進(jìn)化關(guān)系分析，可以更好地了解馬鈴薯NHX家族成員之間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷程。

2.4 馬鈴薯NHX基因家族的序列和結(jié)構(gòu)域分析

對于馬鈴薯NHX基因結(jié)構(gòu)的進(jìn)化研究，通過對該基因家族成員的基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得出了一些結(jié)果（圖3）。首先，分析表明，大多數(shù)馬鈴薯NHX基因成員含有較多的內(nèi)含子。其中，StNHX5含有5個(gè)內(nèi)含子，而其他家族成員的內(nèi)含子數(shù)在13～22個(gè)之間。另外，StNHX6基因沒有注釋到上游編碼序列和下游編碼序列。這可能需要進(jìn)一步的研究來了解其基因結(jié)構(gòu)和功能。為分析擬南芥和馬鈴薯NHX蛋白序列的保守性，研究使用了MEME在線工具。結(jié)果顯示，共鑒定出15個(gè)保守的基序。這些保守的基序可能在NHX蛋白的功能和調(diào)控中起著重要的作用（圖4）。

2.5 馬鈴薯NHX基因啟動子順式作用元件分析

對StNHX基因的啟動子序列進(jìn)行分析，得到了一些有關(guān)激素和脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件的結(jié)果。由圖5可知，StNHX3基因含有最多的順式作用元件，共有24個(gè)，而StNHX7含有的順式作用元件最少，只有9個(gè)。在激素相關(guān)的順式元件中，發(fā)現(xiàn)茉莉酸甲酯元件最多，共有13個(gè)，其中，茉莉酸甲酯應(yīng)答元件（TGACG-motif）8個(gè)，茉莉酸甲酯響應(yīng)元件（CGTCA-motif）5個(gè)。其次是脫落酸元件，有10個(gè)。而生長素反應(yīng)元件（AuxRR-core、TGA-element）有5個(gè)。此外，所有StNHX基因的啟動子都含有至少3種激素響應(yīng)元件，其中StNHX3含有最多，有5個(gè)激素響應(yīng)元件。在與脅迫響應(yīng)有關(guān)的元件分析中，發(fā)現(xiàn)厭氧誘導(dǎo)響應(yīng)元件ARE的數(shù)量最多，有17個(gè)，在大多數(shù)成員的啟動子中都有分布。只有StNHX1基因含有防御和脅迫相關(guān)響應(yīng)元件 TC-rich repeats。最后，在光相關(guān)的響應(yīng)元件中，發(fā)現(xiàn)Box 4含有的數(shù)量最多，共有21個(gè)，而全部成員都含有G box響應(yīng)元件。

2.6 馬鈴薯NHX基因與miRNA靶向關(guān)系分析

psRNATarget在線網(wǎng)站收錄了343個(gè)已知的馬鈴薯miRNA。其中，73個(gè)已知的miRNA被預(yù)測到可能調(diào)控7個(gè)StNHX基因，產(chǎn)生了84對靶向關(guān)系。StNHX4基因預(yù)測到被30個(gè)miRNAs調(diào)控，是StNHX成員中最多被miRNA調(diào)控的，而StNHX5僅預(yù)測到被1個(gè)miRNA調(diào)控。StNHX1基因被馬鈴薯miR156家族4個(gè)成員調(diào)控，分別是stu-miR156a、stu-miR156b、stu-miR156c、stu-miR156d-5p。stu-miR7982家族的2個(gè)成員（stu-miR7982a和stu-miR7982b）同時(shí)調(diào)控StNHX2和StNHX3（圖6）。

2.7 馬鈴薯NHX基因家族表達(dá)分析

通過Spud DB數(shù)據(jù)庫中的DM v6.1基因組數(shù)據(jù)，對馬鈴薯NHX基因的組織表達(dá)譜（圖7-A）和生物/非生物脅迫處理基因表達(dá)譜（圖7-B）進(jìn)行了分析。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，以下是對NHX家族基因在不同組織和脅迫處理下的表達(dá)情況進(jìn)行的總結(jié)。組織表達(dá)譜（圖7-A）：StNHX7基因在根和萼片中表達(dá)量較高，而在其他組織中表達(dá)不明顯。StNHX3基因在各組織部位中的表達(dá)量都很高。StNHX4基因在成熟的整果中表達(dá)量最大。StNHX2基因在整朵成熟花中表達(dá)量比較高。生物/非生物脅迫處理基因表達(dá)譜（圖7-B）：多數(shù)NHX基因在生物脅迫處理后呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)的趨勢。多數(shù)NHX基因在非生物脅迫和激素處理時(shí)呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)的趨勢。StNHX2在鹽和甘露醇處理后上調(diào)表達(dá)明顯。

StNHX7在細(xì)胞分裂素處理后上調(diào)表達(dá)明顯。StNHX4/StNHX1之間的同源基因在生物/非生物脅迫處理時(shí)的表達(dá)模式相似。此外，研究還發(fā)現(xiàn)同源基因?qū)χg的組織表達(dá)模式并不相同，可能是受不同上游啟動子順式作用元件調(diào)控，參與不同的信號通路。

3 結(jié)論與討論

本研究在馬鈴薯中鑒定到了7個(gè)StNHX家族基因，對它們的蛋白編碼區(qū)長度、蛋白長度、分子量、等電點(diǎn)和蛋白親水系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，這些結(jié)果有助于初步理解StNHX基因的特征和性質(zhì)。將馬鈴薯NHX蛋白序列與擬南芥NHX蛋白序列一起構(gòu)建了進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯NHX蛋白可以被分為3個(gè)亞群，這與前人在甜菜和海島棉中對NHX基因的研究結(jié)果［16，18］一致，馬鈴薯中NHX蛋白多數(shù)被聚類在Vac分支上。

7個(gè)StNHX基因在馬鈴薯的3條染色體上不均勻分布，這些基因來源于鄰近復(fù)制和轉(zhuǎn)座復(fù)制事件，這可能是馬鈴薯基因組中StNHX基因多樣性和復(fù)雜性的重要來源［31］。對馬鈴薯與擬南芥進(jìn)行了基因間共線性分析，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯與擬南芥之間存在5個(gè)基因?qū)ΑＭ瑫r(shí)，對馬鈴薯和擬南芥進(jìn)行保守基序分析，共鑒定到15個(gè)高度保守基序，這些結(jié)果反映了NHX基因在馬鈴薯和擬南芥中的保守性。

馬鈴薯NHX基因含有較多內(nèi)含子，內(nèi)含子的存在為基因的可變剪接提供了可能，同時(shí)也可能導(dǎo)致產(chǎn)生功能各異的同源蛋白，越來越多的數(shù)據(jù)表明，內(nèi)含子在基因表達(dá)的調(diào)節(jié)中起著重要作用［32］。StNHX6基因結(jié)構(gòu)不完整，沒有上游和下游非編碼區(qū)，可能是當(dāng)前的基因組組裝中該基因區(qū)域存在缺失或錯(cuò)誤，也有可能該基因是一個(gè)假基因。

StNHX基因的啟動子序列中含有多個(gè)與激素和脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件。這些元件的存在可能影響了基因的表達(dá)，使得植物能夠?qū)Σ煌沫h(huán)境脅迫進(jìn)行響應(yīng)。StNHX3基因含有最多的順式作用元件，這可能意味著它在植物對環(huán)境脅迫的響應(yīng)中起著重要的作用。相反，StNHX7含有的順式作用元件最少，可能表明它在這些響應(yīng)中的作用較小。在激素相關(guān)的順式元件中，脫落酸元件最多，茉莉酸甲酯響應(yīng)元件次之，生長素響應(yīng)元件最少。這可能反映了這些激素在植物對環(huán)境脅迫響應(yīng)中的重要性。脫落酸通常在植物對干旱和鹽脅迫的響應(yīng)中起著關(guān)鍵的作用，而茉莉酸甲酯則主要參與植物的防御反應(yīng)。所有StNHX啟動子都含有至少3種激素反應(yīng)元件，最多含有5個(gè)激素反應(yīng)元件。這可能表明這些基因?yàn)橹参飳Σ煌に氐捻憫?yīng)中都有一定的作用。在與脅迫響應(yīng)有關(guān)的元件中，厭氧誘導(dǎo)響應(yīng)元件ARE的數(shù)量最多，這可能表明這些基因在植物對低氧環(huán)境的適應(yīng)中起著重要的作用。只有StNHX1基因含有防御和脅迫相關(guān)響應(yīng)元件TC-rich repeats，可能表明它在植物的防御反應(yīng)中有特殊的作用?？偟膩碚f，StNHX基因?yàn)橹参飳Νh(huán)境脅迫的響應(yīng)中的作用提供了重要的線索。這些基因的啟動子序列中含有多個(gè)與激素和脅迫響應(yīng)相關(guān)的順式作用元件，可能影響了基因的表達(dá)，使得植物能夠?qū)Σ煌沫h(huán)境脅迫進(jìn)行響應(yīng)。

StNHX基因和miRNA的靶向關(guān)系預(yù)測，有73個(gè)已知的miRNA被預(yù)測到可能調(diào)控7個(gè)StNHX基因，這意味著這些miRNA可能在StNHX基因的表達(dá)調(diào)控中起到重要作用。已有研究報(bào)道，miR156與其靶基因的調(diào)控模塊參與植物的干旱脅迫、鹽脅迫、熱脅迫等非生物脅迫過程［33-36］，馬鈴薯miR156家族的4個(gè)成員（stu-miR156a、stu-miR156b、stu-miR156c、stu-miR156d-5p）調(diào)控StNHX1基因，這表明miR156家族在StNHX1基因的表達(dá)調(diào)控中也可能起到重要作用。

對馬鈴薯NHX基因家族在不同組織和脅迫處理下的表達(dá)情況進(jìn)行詳細(xì)分析，可能有助于更好地理解這些基因在馬鈴薯生長和生物/非生物脅迫中的作用。NHX基因在不同組織中的表達(dá)模式各不相同，這可能反映了它們在馬鈴薯生長和發(fā)育中的不同功能。例如，StNHX4在成熟整果中的高表達(dá)可能與果實(shí)的成熟和發(fā)育有關(guān)。NHX基因在生物和非生物脅迫處理下的表達(dá)模式也各不相同。這可能反映了StNHX在馬鈴薯應(yīng)對不同類型的非生物脅迫時(shí)發(fā)揮不同的功能。例如，StNHX2在鹽和甘露醇處理后的上調(diào)表達(dá)可能反映了它在馬鈴薯應(yīng)對鹽脅迫和滲透壓脅迫中的重要作用。同源基因?qū)χg的組織表達(dá)模式并不相同，這可能是受不同上游啟動子順式作用元件調(diào)控，參與不同的信號通路。這個(gè)發(fā)現(xiàn)可能有助于更深入地理解StNHX基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制和信號通路。總的來說，NHX逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在植物應(yīng)對各種非生物脅迫時(shí)發(fā)揮重要作用，對馬鈴薯NHX基因家族的鑒定與表達(dá)模式分析為深入研究馬鈴薯NHX基因的功能、新品種的開發(fā)與選育等方面提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］FAOSTAT［DB/OL］. （2021-10-20）［2024-07-09］. https：//www.fao.org/newsroom/detail/salt-affected-soils-map-symposium/zh.

［2］Angon P B，Tahjib-Ul-Arif M，Samin S I，et al. How do plants respond to combined drought and salinity stress？-a systematic review［J］. Plants，2022，11（21）：2884-2898.

［3］Liang W J，Ma X L，Wan P，et al. Plant salt-tolerance mechanism：a review［J］. Biochemical and Biophysical Research Communications，2018，495（1）：286-291.

［4］Apse M P，Aharon G S，Snedden W A，et al. Salt tolerance conferred by overexpression of a vacuolar Na+/H+antiport in Arabidopsis［J］. Science，1999，285（5431）：1256-1258.

［5］Rubio F，Gassmann W，Schroeder J I. Sodium-driven potassium uptake by the plant potassium transporter HKT1 and mutations conferring salt tolerance［J］. Science，1995，270（5242）：1660-1663.

［6］Masrati G，Dwivedi M，Rimon A，et al. Broad phylogenetic analysis of cation/proton antiporters reveals transport determinants［J］. Nature Communications，2018，9：4205-4038.

［7］Ayadi M，Martins V，Ben Ayed R，et al. Genome wide identification，molecular characterization，and gene expression analyses of grapevine NHX antiporters suggest their involvement in growth，ripening，seed dormancy，and stress response［J］. Biochemical Genetics，2020，58（1）：102-128.

［8］Shen C W，Yuan J P，Li X，et al. Genome-wide identification of NHX （Na+/H+antiporter） gene family in Cucurbita L. and functional analysis of CmoNHX1 under salt stress［J］. Frontiers in Plant Science，2023，14：1136810.

［9］Joshi S，Kaur K，Khare T，et al. Genome-wide identification，characterization and transcriptional profiling of NHX-type （Na+/H+） antiporters under salinity stress in soybean［J］. 3 Biotech，2021，11（1）：16.

［10］Paul A，Chatterjee A，Subrahmanya S，et al. NHX gene family in Camellia sinensis：in-silico genome-wide identification，expression profiles，and regulatory network analysis［J］. Frontiers in Plant Science，2021，12：777884.

［11］Ratner A，Jacoby B. Effect of K+，its counter anion，and pH on sodium efflux from barley root tips［J］. Journal of Experimental Botany，1976，27（5）：843-852.

［12］Gaxiola R A，Rao R，Sherman A，et al. The Arabidopsis thaliana proton transporters，AtNhx1 and Avp1，can function in cation detoxification in yeast［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1999，96（4）：1480-1485.

［13］Aharon G S，Apse M P，Duan S L，et al. Characterization of a family of vacuolar Na+/H+antiporters in Arabidopsis thaliana［J］. Plant and Soil，2003，253（1）：245-256.

［14］Bassil E，Tajima H，Liang Y C，et al. The Arabidopsis Na+/H+antiporters NHX1 and NHX2 control vacuolar pH and K+homeostasis to regulate growth，flower development，and reproduction［J］. The Plant Cell，2011，23（9）：3482-3497.

［15］Shi H，Ishitani M，Kim C，et al. The Arabidopsis thaliana salt tolerance gene SOS1 encodes a putative Na+/H+antiporter［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2000，97（12）：6896-6901.

［16］Bassil E，Ohto M A，Esumi T，et al. The Arabidopsis intracellular Na+/H+antiporters NHX5 and NHX6 are endosome associated and necessary for plant growth and development［J］. The Plant Cell，2011，23（1）：224-239.

［17］Wu G Q，Wang J L，Li S J. Genome-wide identification of Na+/H+antiporter （NHX） genes in sugar beet （Beta vulgaris L.） and their regulated expression under salt stress［J］. Genes，2019，10（5）：401.

［18］Akram U，Song Y H，Liang C Z，et al. Genome-wide characterization and expression analysis of NHX gene family under salinity stress in Gossypium barbadense and its comparison with Gossypium hirsutum［J］. Genes，2020，11（7）：803.

［19］Barragán V，Leidi E O，Andrés Z，et al. Ion exchangers NHX1 and NHX2 mediate active potassium uptake into vacuoles to regulate cell turgor and stomatal function in Arabidopsis［J］. The Plant Cell，2012，24（3）：1127-1142.

［20］Rodríguez-Rosales M P，Gálvez F J，Huertas R，et al. Plant NHX cation/proton antiporters［J］. Plant Signaling & Behavior，2009，4（4）：265-276.

［21］Reguera M，Bassil E，Blumwald E. Intracellular NHX-type cation/H+antiporters in plants［J］. Molecular Plant，2014，7（2）：261-263.

［22］Pardo J M，Cubero B，Leidi E O，et al. Alkali cation exchangers：roles in cellular homeostasis and stress tolerance［J］. Journal of Experimental Botany，2006，57（5）：1181-1199.

［23］Bassil E，Coku A，Blumwald E. Cellular ion homeostasis：emerging roles of intracellular NHX Na+/H+antiporters in plant growth and development［J］. Journal of Experimental Botany，2012，63（16）：5727-5740.

［24］Li W H，Du J，F(xiàn)eng H M，et al. Function of NHX-type transporters in improving rice tolerance to aluminum stress and soil acidity［J］. Planta，2020，251（3）：71-83.

［25］Wijesinha-Bettoni R，Mouillé B. The contribution of potatoes to global food security，nutrition and healthy diets［J］. American Journal of Potato Research，2019，96（2）：139-149.

［26］Chen C J，Chen H，Zhang Y，et al. TBtools：an integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data［J］. Molecular Plant，2020，13（8）：1194-1202.

［27］Marchler-Bauer A，Derbyshire M K，Gonzales N R，et al. CDD：NCBIs conserved domain database［J］. Nucleic Acids Research，2015，43（D1）：D222-D226.

［28］Qiao X，Li Q H，Yin H，et al. Gene duplication and evolution in recurring polyploidization-diploidization cycles in plants［J］. Genome Biology，2019，20（1）：38.

［29］Hu B，Jin J P，Guo A Y，et al. GSDS 2.0：an upgraded gene feature visualization server［J］. Bioinformatics，2015，31（8）：1296-1297.

［30］Lescot M，Déhais P，Thijs G，et al. PlantCARE，a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences［J］. Nucleic Acids Research，2002，30（1）：325-327.

［31］Ren R，Wang H F，Guo C C，et al. Widespread whole genome duplications contribute to genome complexity and species diversity in angiosperms［J］. Molecular Plant，2018，11（3）：414-428.

［32］Girardini K N，Olthof A M，Kanadia R N. Introns：the “dark matter” of the eukaryotic genome［J］. Frontiers in Genetics，2023，14：1150212.

［33］Visentin I，Pagliarani C，Deva E，et al. A novel strigolactone-miR156 module controls stomatal behaviour during drought recovery［J］. Plant，Cell & Environment，2020，43（7）：1613-1624.

［34］Feyissa B A，Arshad M，Gruber M Y，et al. The interplay between miR156/SPL13 and DFR/WD40-1 regulate drought tolerance in alfalfa［J］. BMC Plant Biology，2019，19（1）：434.

［35］Wang J W，Ye Y J，Xu M，et al. Roles of the SPL gene family and miR156 in the salt stress responses of tamarisk （Tamarix chinensis）［J］. BMC Plant Biology，2019，19（1）：370.

［36］Arshad M，Hannoufa A.Alfalfa transcriptome profiling provides insight into miR156-mediated molecular mechanisms of heat stress tolerance［J］. Genome，2022，65（6）：315-330.