杨树（Populus deltoides）中C2基因家族的基因组范围鉴定与功能分析：PdeC2-38/57/65复合体通过Ca2+信号通路介导渗透胁迫响应

摘要

含有C2结构域的蛋白质家族在植物的钙依赖性信号传导、膜运输以及非生物胁迫适应中起着关键作用。尽管这一家族非常重要，但在具有重大经济和生态价值的杨树（Populus deltoides）中，对其进行的全面基因组范围研究尚未完成。在本研究中，我们在Populus deltoides的基因组中鉴定了115个C2家族成员，这些成员具有保守的理化性质、不同的系统发育分支、不均匀的染色体分布以及广泛的片段重复现象。启动子序列分析发现了许多与激素信号传导、胁迫响应、光响应以及生长发育过程相关的顺式调控元件。在PEG6000模拟的干旱胁迫条件下进行的表达谱分析显示，PdeC2家族成员的表达模式存在差异。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），我们确定了一个由38个PdeC2基因组成的特定干旱响应模块，其中PdeC2-65被识别为核心枢纽基因，PdeC2-81和PdeC2-22也属于该模块。此外，亚网络分析显示有16个PdeC2基因在PEG、甘露醇和脱落酸（ABA）的作用下显著上调。亚细胞定位分析表明，PdeC2-65主要位于质膜上，而PdeC2-38和PdeC2-57则同时定位于质膜和细胞核中。至关重要的是，酵母双杂交（Y2H）和裂解荧光素酶（Split-LUC）实验验证了PdeC2-65、PdeC2-38和PdeC2-57之间的物理相互作用，这些相互作用在Ca²⁺处理下显著增强，表明这些蛋白质可能组装成一个钙依赖性的功能复合体来调节胁迫响应。瞬时转化实验进一步证实，过表达PdeC2-57或PdeC2-65可以显著提高Populus deltoides的渗透胁迫耐受性，减轻膜脂质过氧化损伤，并激活活性氧清除系统。总体而言，我们的研究首次系统地分析了Populus deltoides中的C2家族，为理解PdeC2介导的渗透胁迫耐受性的分子机制提供了新的见解，并为培育耐旱杨树品种提供了宝贵的遗传资源。