基本螺旋-环-螺旋（bHLH）家族是植物中第二大的转录因子家族，仅次于MYB转录因子家族（Feller等人，2011年），也是植物基因组中扩展最显著的转录因子家族之一（Tong等人，2025年）。Ludwig等人（1989年）首次在植物中发现了该家族的存在。基于保守结构域、系统发育关系和序列同源性的综合分析，传统的植物bHLH转录因子分类包括15–26个亚家族（Buck & Atchley，2003年），而包含非典型bHLH蛋白的分类则可扩展到35个亚家族（Carretero-Paulet等人，2010年；Huang等人，2025年）。迄今为止，已在多种植物物种中广泛鉴定和表征了bHLH家族成员，包括苹果（Li等人，2022年）、蕨类（Huang等人，2025年）、小麦（Xin等人，2025年）、Cerasus humilis（Ji等人，2025年）和大麦（Tong等人，2025年）。大量研究表明，bHLH编码基因在植物生长和发育过程中起着关键作用，如种子萌发、开花时间调控和细胞命运决定（Hao等人，2021年）。此外，bHLH基因还参与胁迫响应（Xin等人，2025年）、次生代谢的调控（Huang等人，2025年；Ji等人，2025年）以及激素信号通路（Hao等人，2021年；Sun等人，2018年）。
bHLH转录因子（TFs）调节多种生物过程，包括植物生长和发育、营养代谢以及对生物和非生物胁迫的响应（Gao & Dubos，2024年）。例如，在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，过表达MYC型bHLH TFs如ICE1、ICE2和CBF可以增强其对低温胁迫的耐受性（Fursova等人，2009年）。类似地，TabHLH39调节应激响应基因的表达，提高转基因拟南芥的耐盐性（Zhai等人，2016年），而TabHLH1通过ABA介导的胁迫途径增强小麦的耐旱和耐盐性（Yang等人，2016年）。在水稻中，OsbHLH148和OsbHLH006（RERJ1）通过茉莉酸信号通路参与干旱胁迫响应（Seo等人，2011年）。
bHLH TFs还与其他调控蛋白相互作用，以调节下游基因的表达（Gao & Dubos，2024年）。例如，MBW三元复合体——由bHLH、R2R3-MYB TFs和WD40重复蛋白组成——最初在玉米中被发现，并被证明可以调节类黄酮生物合成和花青素积累（Carey等人，2004年；Goff等人，1992年；Grotewold等人，2000年）。
在果树中，bHLH TFs是决定果实品质特征（如糖含量、酸度和色素沉着）的关键因素（Yang等人，2024年）。在桃子中，MYB10.1/bHLH3和MYB10.3/bHLH3的共过表达激活了花青素生物合成基因，增强了色素积累（Rahim等人，2014年）。在苹果中，MdbHLH3与MdDFR、MdUFGT和MdMYB1的启动子结合，在低温下促进花青素积累（Xie等人，2012年）。此外，MdMYB305与MdMYB1竞争结合到MdbHLH33的启动子上，平衡糖和花青素的积累（Zhang等人，2023年），而MdClbHLH1抑制MdFBP和MdPEPCK，从而减少酸向糖的转化（Yu等人，2025年）。在香蕉中，MabHLH6激活11个淀粉降解基因的启动子，加速成熟过程中的淀粉分解（Xiao等人，2018年）。
全基因组复制（WGD）是塑造植物多样性和适应性的主要进化力量。蔷薇科物种经历了古老的倍增事件，这有助于它们的多样化和环境适应性（Jiao等人，2012年）。基因家族通过多种复制模式扩张，包括WGD、串联复制（TD）、分散复制（DSD）、近端复制（PD）和单拷贝保留（SL），从而促进功能创新（Van de Peer等人，2017年）。蔷薇科的祖先至少经历了一次古老的WGD，随后在Malus和Pyrus等属中发生了物种特异性的WGD，这有助于花的多样化、果实发育和胁迫响应（Xiang等人，2017年）。例如，WGD驱动的MdMYB家族扩张与苹果的果实颜色变化相关（Velasco等人，2010年）。这种复制为亚功能化或新功能化提供了原始遗传材料，增强了对多样化环境的适应性（Edger等人，2019年）。因此，系统研究蔷薇科中bHLH基因的复制和多样化对于阐明其进化和功能轨迹至关重要。
梨（Pyrus属）是蔷薇科中的主要果树，在中国是第三大栽培果树（Wu等人，2013年）。在Pyrus植物中对bHLH基因家族的系统研究已取得阶段性进展。通过对Pyrus bretschneideri的全基因组序列分析，共鉴定出197个bHLH家族基因，这些基因在应对非生物胁迫中起着关键作用（Dong等人，2021年）。然而，bHLH基因家族在次生代谢物（如木质素）合成中的调控作用以及与梨果实发育过程中石细胞形成相关的基因调控功能仍不清楚。石细胞含量是梨果实质地和品质的关键决定因素。这些细胞的特征是具有通过木质素和纤维素沉积形成的增厚次生壁，随后发生程序性细胞死亡（Tao等人，2009年；Xue等人，2023年）。在梨中的共表达网络和eQTL分析鉴定了23个与木质素和纤维素生物合成相关的bHLH基因，其中bHLH169调控了参与这些途径的9个结构基因（Wang等人，2021年）。在枇杷中，EjbHLH14–EjHB1–EjPRX12模块通过甲基茉莉酸信号通路缓解寒冷引起的木质素沉积，表明bHLH TFs可能在石细胞发育中具有调控作用（Zhang等人，2022年）。然而，bHLH TFs在梨不同组织中的表达动态及其在早期石细胞形成中的具体作用仍不清楚。
在这项研究中，我们系统鉴定了梨中的PybHLH基因，并分析了它们与其他6种蔷薇科物种中bHLH家族成员的进化关系。进一步研究了PybHLH基因的组织特异性表达模式，并构建了整合木质素生物合成基因的共表达网络，以识别可能参与石细胞形成的候选基因。最后，功能验证了PybHLH182的作用，证实了其在梨石细胞木质化中的正向调控功能。总体而言，这些发现为理解PybHLH基因的功能提供了宝贵见解，并为了解梨果实品质特征的转录调控奠定了基础。
