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　　苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase，PAL)是苯丙烷代谢途径中的关键酶，参与木质素及酚类化合物的合成过程，广泛存在于各种植物中(Fraser & Chapple, 2011；盖江涛等，2016)。Koukol和Comm(1961)在大麦()中首次提取出PAL蛋白，后续马铃薯()(Joos & Hahl, 1992)、烟草()(Reichert et al., 2009)等高等植物也相继分离纯化得到PAL蛋白。杨郁文等(2017)研究发现PAL多以同源四聚体形式存在于细胞质和叶绿体中，通过转录水平等多层次调控方式，在植物防御系统中发挥重要作用。启动子缺失实验表明，MYB转录因子可通过结合启动子区段，进行转录水平调控(杨郁文等，2017)。可通过调控HCA类酚类、类黄酮等产物的合成影响果实品质(张丽之等，2018)。此外，广泛参与植物响应病原菌侵染过程。杨会晓等(2019)研究表明与香蕉抗病性密切相关，在枯萎病菌侵染过程中高丰度表达。活性增加与苯丙烷类产物的产量提高密切相关，其活性水平随发育阶段、细胞和组织的分化、不同应激刺激而改变。Lister等(1996)首次发现活性与苹果()果实类黄酮含量存在显著正相关。杨会晓等(2019)研究发现在香蕉()果实发育成熟过程高丰度表达，次级代谢物质在这一阶段具有较高的表达效率。Olsen等(2008)研究发现拟南芥()1、2基因在氮胁迫和温度变化过程中高丰度表达，并伴随类黄酮化合物的积累。

　　随着基因组学的发展，多种植物基因组测序相继完成，植物中基因的功能陆续得到研究。大豆()1-1、2-1、2-3在木质素合成过程中发挥重要作用(候鹏等，2016)；10强烈响应纹枯病菌侵染玉米()过程(邓路长等，2019)；参与山葡萄()花色苷的积累(陈蒙等，2018)。基因组学的迅速发展，标志着在分子水平上进行系统分析已成为当下生物学研究的主流趋势(王灿等，2020)。谷子()为一年生禾本科作物，基因组小且为二倍体，具有抗旱性强、生育期短、产量高等特点，是挖掘作物抗旱基因和解读抗逆分子机制的重要作物(宋健等，2020)。谷子生育期内需水量较少，属环境友好型作物(宋健等，2019)，抗逆育种靶向基因资源的研究已成为谷子增收工作的重要环节(Nadeem et al., 2020)。谷子基因组测序的完成为谷子研究搭建了数据基础，标志着谷子遗传研究已进入后基因组学时代(Bennetzen et al., 2012；Zhang et al., 2012)。基因家族广泛存在于植物中，但关于谷子基因家族的研究却鲜有报道。为明确谷子基因家族在逆境胁迫过程中的作用机理，本研究利用生物信息学方法对谷子基因家族进行鉴定，分析其结构特点及进化方式，并构建家族基因在非生物胁迫下的表达模式，以期为谷子基因家族的生物学功能研究提供参考。

　　谷子鉴定11个家族基因，分别命名为1～11(表1)。11个PAL蛋白序列差异较小：氨基酸长度为698 aa(SiPAL1、SiPAL8)～891 aa(SiPAL7)，开放阅读框长度2 142 bp(3)～4 610 bp(2)，分子质量为74.99 kD(SiPAL8)～95.01 kD(SiPAL7)，等电点为5.82(5)～6.52(6)，含有1个(3、4、5)～6个(7)外显子。从表1可以看出，位于1号染色体的5个基因(1～5)具有相似的编码蛋白特征，且基因位置紧密排列在一起，位于7号染色体的3个基因(9～11)虽然紧密排列，但其编码蛋白的特征却相差较大。所有PAL蛋白的等电点均在5.82～6.52之间，说明苯丙氨酸解氢酶具有酸性特征，PAL蛋白可能在弱酸性的环境中发挥作用。家族基因除7(6)外，外显子数量较小，推测10个家族基因具有相似的功能。

　　通过ProSite软件对谷子PAL蛋白的结构域分析结果发现，所有PAL蛋白均具有保守的PAL 结构域。由图4可知，SiPAL7蛋白除含有PAL结构域外还具有HtRna 结构域、HGTP 结构域，其中HtRNA 结构域可能调控氨酰腺苷酸的合成，HGTP 结构域可能与相关蛋白质的合成有关，SiPAL7的氨基酸长度最长，拥有蛋白结构域最多，可能与其具有最多的外显子(6个)有关，意味着拥有更多的遗传信息；SiPAL11虽同样具有较长的氨基酸序列，但只含有PAL蛋白结构域，暗示SiPAL11可能拥有一些低复杂度的蛋白结构域。通过MEME软件对谷子PAL蛋白结构域分析发现，PAL结合结构域的氨基酸组成较为稳定。

　　利用SWISS-MODEL软件分析各基因位点出现频率最高的保守基序，预测谷子PAL蛋白的3D结构发现，谷子PAL蛋白的PAL 3D 结构在对称基础上具有较多的螺旋、折叠方式(图5：A)。通过Superpose Version 1.0将各物种间的PAL蛋白3D结构对比，比值越小证明物种间PAL蛋白结构越相似。由表2可知，狗尾草与谷子3D结构相差最小(0.38)，与进化树分支聚类情况一致，证明两者具有最近的亲缘关系，相差最大的是谷子与二穗短柄草(3.93)，这与谷子和二穗短柄草为不同纲目的物种相对应。通过蛋白3D结构发现PAL蛋白的三级结构大多具有对称性，说明其蛋白质的结构单元具有一定的相似性，从基因进化来看，这种对称性代表着基因存在复制融合。

　　植物在遭受干旱、高温等胁迫时，会迅速产生大量活性氧(ROS)造成细胞结构损伤。苯丙烷代谢途径中产生的类黄酮等次生代谢产物，具有清除ROS的抗氧化活性(杨会晓等，2019)。本研究发现，基因家族多为诱导型表达，在受到不同胁迫刺激时，表达量迅速提升，说明基因家族广泛响应不同非生物胁迫，类黄酮等次级代谢产物在非生物胁迫过程中可能具有较高的合成活性。本研究还发现，部分基因具有相似的响应模式，说明可能存在功能冗余。光质在植株建成、生长发育过程中具有重要作用。荧光定量分析结果表明，在不同光照条件下，基因家族差异表达。5在红光、红远光高表达，11在红远光高表达等，这些变化说明基因家族在谷子光调节途径中存在复杂的调控机制，不同基因存在功能分化。