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AP2/ERF基因家族是植物最大的转录因子家族之一，广泛参与植物生长发育和逆境胁迫响应等生物学过程，在植物遗传改良与育种方面具有重要应用价值[1-2]。AP2/ERF转录因子家族成员通常含有1~2个高度保守的AP2结构域，AP2结构域由60~70个氨基酸组成，构成典型的螺旋-转角-螺旋结构，通过特异性结合DNA以调节靶基因表达[3-4]。根据AP2结构域数量和特征序列，AP2/ERF基因家族可分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist等5个亚家族[5]。一般来讲，AP2亚家族成员具有2个AP2结构域，在调控植物发育方面具有重要功能[6]。ERF、DREB和RAV亚家族成员则仅具有1个AP2结构域，其中RAV亚家族成员还具有1个B3结构域[7]。此外，其他具有特殊基因结构和类似AP2结构域的成员则属于Soloist亚家族[8]。
随着越来越多植物基因组被测序，AP2/ERF基因家族成员已在拟南芥Arabidopsis thaliana[5]、葡萄Vitis vinifera[7]、萝卜Raphanus sativus[9]、生姜Zingiber officinale[10]、花生Arachis hypogaea[11]、水稻Oryza sativa[12]、甘蔗Saccharum officinarum[13]、玉米Zea mays[14]和大麦Hordeum vulgare[15]等单双子叶植物中得到鉴定。对不同植物的研究表明：不同亚家族的AP2/ERF转录因子在植物发育和胁迫响应中发挥不同的功能。通常，AP2亚家族的转录因子参与了植物不同的发育过程，如拟南芥AP2基因调节开花时间[16-17]，决定种子质量及大小[18]；BBM基因能够促进体胚发生[6, 19-21]。ERF和DREB亚家族基因则与生物胁迫和环境因子胁迫响应有关[22]，如水稻OsDREB基因就与植株对干旱、高盐、低温胁迫的耐受性有关[23]，AtERF6等4个ERF基因在响应强光方面起重要作用[24]。而RAV亚家族基因则被认为在响应生物胁迫和非生物胁迫中发挥关键作用[25-26]。
光皮桦Betula luminifera属桦木科Betulaceae桦木属Betula珍贵用材树种，广泛分布于云南、贵州、广西、福建和浙江等。由于具有适应性强、速生以及材质优良等特点，光皮桦是南方山地造林的优良树种，兼具较高的经济价值和生态价值，其遗传育种工作也逐渐受到重视。因此，本研究利用基因组序列，对光皮桦AP2/ERF基因家族进行鉴定，对其进行理化性质、系统进化等生物信息学分析，同时通过表达分析对光皮桦AP2/ERF基因家族的组织表达特异性及对高温胁迫的响应进行研究，旨在为光皮桦AP2/ERF基因家族的功能研究及在遗传育种中的应用提供基础。
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从Pfam数据库中(http://pfam.xfam.org/)下载AP2/ERF家族基因结构域的隐马尔可夫文件(PF00847)，利用HMMER v3.1b1 软件筛选光皮桦基因组蛋白序列(未发表)中含有AP2/ERF结构域的序列(E≤e−5)。利用美国国家生物技术信息中心(NCBI) CDD Tools (
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi )[27]对获得的候选基因进行结构域鉴定，去除其中结构域不完整的序列。最后将获得的光皮桦AP2/ERF基因上传至Genbank获得登录号。通过ExPaSy (https://www.expasy.org/ )在线分析预测工具[28]，分别对光皮桦AP2/ERF基因的氨基酸数目、开放阅读框(ORF)长度、相对分子质量、理论等电点等性质进行分析。 -
利用MEGA 7软件对获得的光皮桦和拟南芥AP2/ERF基因家族的蛋白序列进行比对，参数为默认设置。拟南芥AP2/ERF蛋白序列下载于拟南芥数据库TAIR (
http://www.arabidopsis.org )。基于AP2结构域序列，利用MEGA软件采用邻接法(neighbor-joining，NJ)构建系统进化树，Bootstrap值设置为1000[29]。借助在线工具EvolView (https://www.evolgenius.info/evolview/#/ )绘制进化树图[30]。 -
利用MEME在线工具(
https://meme-suite.org/meme/ )对光皮桦基因蛋白序列上的保守基序进行预测，保守基序数量设置为10，其他参数为默认设置。采用TBtools软件绘制基因结构及保守基序图[31]。 -
利用PlantCARE (
http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/ )数据库[32]，取光皮桦基因起始密码子上游2 000 bp作为启动子区域进行顺式作用元件预测。采用TBtools软件对启动子元件的分布进行绘图[31]。 -
利用STRING数据库(
https://string-db.org/ )[33]，对光皮桦AP2/ERF蛋白相互作用网络进行预测，以拟南芥为参照物种，选择最低互动分为0.4，其他参数默认，借助Cytoscape软件绘制蛋白互作网络图[34]。 -
利用13个2年生光皮桦植株不同组织器官的转录组数据进行AP2/ERF基因组织表达特异性分析。13个不同组织器官包括根(Root)、嫩叶(YL)、成熟叶(ML)、雌花序(FC)、雄花序(MC)、第1~6节茎(S1~S6)、木质部(Xylem)及枝皮(Bark)。高温胁迫实验以6月龄光皮桦植株为材料，42 ℃处理12和36 h后取植株中部成熟叶片，以25 ℃生长植株成熟叶为对照，通过转录组测序分析AP2/ERF基因表达。提取FPKM值(a)，进行log2a标准化处理，再借助TBtools软件绘制表达热图[31]。
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通过生物信息学方法在光皮桦基因组数据库中筛选得到77条具有完整AP2结构域的基因序列(表1)。对这77个基因进行序列分析，结果显示：光皮桦AP2/ERF基因的 ORF长度为444~2121 bp，其编码的氨基酸为147~706个。其中：分子质量最小的蛋白是BlDREB2，仅16.65 kDa；分子质量最大的蛋白是BlAP2-6，达77.37 kDa；理论等电点为4.73~10.06，约77.9%的蛋白理论等电点小于7.0，说明光皮桦AP2/ERF蛋白含有较多酸性氨基酸(表1)。
表 1 光皮桦AP2/ERF基因家族成员序列特征
Table 1. Gene features of AP2 /ERF gene family from B. luminifera
分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点AP2 BlAP2-1 ON092428 1527 508 55.95 6.20 ERF (B-1) BlERF1 ON092417 1131 376 41.40 6.56 BlAP2-2 ON092430 1494 497 55.01 6.58 BlERF4 ON092422 783 260 27.62 9.85 BlAP2-3 ON092431 1644 547 60.45 6.17 BlERF9 ON092433 633 210 22.91 6.85 BlAP2-4 ON092437 1203 400 44.64 8.37 BlERF15 ON092447 510 169 18.52 10.06 BlAP2-5 ON092446 1458 485 52.91 7.83 BlERF18 ON092458 468 155 16.80 9.81 BlAP2-6 ON092453 2121 706 77.37 6.39 BlERF33 ON092489 636 211 22.85 9.74 BlAP2-7 ON092456 975 324 37.20 5.44 BlERF34 ON092491 900 299 32.64 5.10 BlAP2-8 ON092457 1428 475 51.86 6.43 BlAP2-9 ON092466 1929 642 71.38 6.50 ERF (B-2) BlERF2 ON092418 942 313 34.89 5.65 BlAP2-10 ON092474 1956 651 71.92 6.53 BlERF13 ON092443 1137 378 42.28 5.12 BlAP2-11 ON092483 1614 537 58.88 5.95 BlAP2-12 ON092485 1068 355 39.52 7.16 ERF (B-3) BlERF3 ON092419 729 242 27.18 6.03 BlAP2-13 ON092493 1539 512 56.17 6.41 BlERF10 ON092438 837 278 29.98 6.46 BlERF11 ON092439 828 275 29.76 8.72 DREB (A-1) BlDREB6 ON092434 741 246 27.06 4.77 BlERF21 ON092468 996 331 36.46 6.03 BlDREB7 ON092435 714 237 26.13 4.89 BlERF22 ON092469 996 331 36.36 7.68 BlDREB8 ON092436 900 299 33.24 4.94 BlERF23 ON092470 996 331 36.52 6.67 BlDREB15 ON092454 678 225 25.22 8.58 BlERF24 ON092471 996 331 36.49 8.57 BlDREB17 ON092461 564 187 20.58 6.12 BlERF25 ON092472 1011 336 37.03 6.47 BlDREB23 ON092484 657 218 23.93 8.90 BlERF28 ON092477 699 232 25.68 6.21 BlDREB24 ON092487 612 203 22.27 5.47 BlDREB25 ON092488 609 202 22.14 5.48 ERF(B-4) BlERF6 ON092426 1092 363 39.30 6.51 BlDREB26 ON092490 621 206 22.93 5.48 BlERF26 ON092475 612 203 22.47 4.86 BlERF27 ON092476 657 218 24.47 6.13 DREB (A-3) BlDREB19 ON092463 972 323 34.95 6.58 BlERF31 ON092481 1383 460 49.08 5.72 BlERF32 ON092482 612 203 22.48 4.87 DREB (A-4) BlDREB5 ON092429 717 238 25.85 4.92 BlDREB9 ON092440 642 213 23.46 4.99 ERF(B-5) BlERF7 ON092427 924 307 35.10 5.14 BlDREB10 ON092441 558 185 20.22 4.73 BlERF17 ON092455 969 322 36.12 5.50 BlDREB12 ON092448 546 181 20.42 5.18 BlERF20 ON092464 1053 350 39.54 4.88 BlDREB14 ON092452 531 176 18.89 5.20 BlDREB16 ON092459 540 179 19.95 6.90 ERF(B-6) BlERF5 ON092423 549 182 20.42 6.71 BlDREB18 ON092462 603 200 21.85 4.95 BlERF8 ON092432 609 202 22.49 6.83 BlDREB21 ON092473 606 201 20.88 4.80 BlERF12 ON092442 624 207 23.23 6.98 BlDREB22 ON092480 684 227 24.39 4.81 BlERF14 ON092444 756 251 28.52 4.94 BlERF16 ON092450 996 331 36.52 5.00 DREB (A-5) BlDREB1 ON092420 615 204 22.57 5.11 BlERF19 ON092460 777 258 28.97 5.39 BlDREB2 ON092421 444 147 16.65 7.83 BlERF29 ON092478 573 190 21.52 8.85 BlDREB3 ON092424 699 232 24.96 5.16 BlERF30 ON092479 570 189 21.29 7.80 BlDREB11 ON092445 525 174 19.43 6.64 BlDREB13 ON092449 486 161 17.59 4.77 RAV BlRAV1 ON092451 948 315 35.16 9.00 BlDREB20 ON092467 624 207 22.78 4.76 BlRAV2 ON092465 1203 400 44.15 8.08 DREB (A-6) BlDREB4 ON092425 1134 377 41.15 5.54 Soloist BlSoloist ON092486 957 318 36.27 6.01 BlDREB27 ON092492 1008 335 36.97 6.18 -
为了分析光皮桦AP2/ERF基因家族的进化关系，基于拟南芥及光皮桦AP2/ERF转录因子的AP2结构域序列，利用MEGA7软件构建了系统进化树。结果显示：这些转录因子可分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 等5个亚家族，并可进一步分成15个进化枝(图1)。光皮桦AP2/ERF基因家族在各亚家族中的分布并不均匀，其中AP2亚家族包含13个基因，占基因总数的16.89%；DREB亚家族包含27个基因，占基因总数的35.06%；ERF亚家族包含34个基因，占光皮桦AP2/ERF基因家族总数的44.15%；RAV 亚家族包含2个基因，Soloist亚家族仅有1个基因(表1，图1)。参考拟南芥等的研究[2]，DREB亚家族可进一步分为6个亚类，即A1、A2、A3、A4、A5和A6；ERF亚家族可进一步分为6个亚类，即B1、B2、B3、B4、B5和B6。在光皮桦中，DREB亚家族成员集中分布在A1、A4、A5亚类上，其中A1和A4亚类均包含9个基因，A5亚类包含6个基因；光皮桦ERF亚家族的6个亚类分别包括7、2、9、5、3、8个成员(表1，图1)。
图 1 光皮桦与拟南芥AP2 /ERF转录因子家族系统进化树
Figure 1. Phylogenetic tree of AP2/ERF transcription factors from B. luminifera and A. thaliana
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基因结构也是基因的保守性特征之一。对光皮桦AP2/ERF基因家族结构的分析显示：光皮桦AP2/ERF基因各亚家族间的基因结构存在较大差异。所有的AP2亚家族基因均具有多个内含子，其内含子数量为6~9个；除了BlDREB10具有1个内含子外，其余DREB亚家族成员均没有内含子(图2A)。此外，9个ERF和1个RAV亚家族成员具有1个内含子，其他成员则没有内含子；而BlSoloist则有5个内含子，与AP2亚家族成员比较相似(图2A)。
图 2 光皮桦AP2 /ERF家族基因成员结构(A)及保守基序(B)
Figure 2. Gene structure (A) and conserved motif (B) of AP2/ERF family members in B. luminifera
进一步对光皮桦AP2/ERF转录因子的保守基序进行分析表明：绝大多数光皮桦AP2/ERF基因家族成员(71个)都同时拥有Motif 1、Motif 4和Motif 5这3个Motif，表明Motif 1、Motif 4和Motif 5是构成AP2结构域的主要基序(图2B)。同时，光皮桦同一亚家族基因的保守基序组成表现出高度的相似性，可能发挥相似的生物学功能。除了BlAP2-7外，其余AP2家族成员都具有Motif 4；2个RAV基因的保守基序较少，仅3个；大部分DREB亚家族成员特有Motif 10，少部分成员特有Motif 6。此外，ERF亚家族成员中仅BlERF21、BlERF22、BlERF23、BlERF24及BlERF25具有Motif 8，推测这5个基因发挥更特殊的生物学功能。
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启动子区域的顺式作用元件在基因转录起始调控中起重要作用。利用PlantCARE数据库对77个光皮桦AP2/ERF基因家族启动子区域的顺式作用元件进行分析，共检测到1072个特异元件，大致可分成3类：激素响应、胁迫响应及生长发育相关元件。其中，激素响应元件有赤霉素、脱落酸、生长素等元件，胁迫响应元件包含缺氧、干旱、低温防御等相关元件，生长发育相关元件包含胚乳表达、分生组织表达等元件(图3)。光响应(492个)、脱落酸响应(180个)、茉莉酸甲酯响应(125个)及厌氧诱导(74个)元件是光皮桦AP2/ERF基因启动子序列所具有的主要顺式作用元件。其中，光响应元件在所有的基因启动子区域均有分布，除BlERF7和BlERF8仅包含1个光响应元件，其余基因包含多个光响应元件，如BlDREB8 (16个)、BlERF27 (15个)等。这提示光皮桦AP2/ERF基因可能参与了植株的光形态建成或光照相关的环境适应。而具有茉莉酸甲酯、脱落酸、赤霉素、生长素等激素响应元件的光皮桦AP2/ERF基因数量分别为61、63、20、18个，说明光皮桦AP2/ERF基因家族成员广泛参与了不同植物激素的信号途径。此外，仅BlDREB10和BlERF12具有创伤响应元件，仅BlDREB13、BlERF4和BlERF28具有细胞周期调控元件，这部分具有特殊元件的基因可能具有更特异的功能。
图 3 光皮桦AP2/ERF基因启动子顺式作用元件
Figure 3. The cis-elements in promoter of AP2/ERF genes in B. luminifera
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为了分析光皮桦AP2/ERF转录因子在调控过程中的协同作用，利用STRING数据库匹配到的49个拟南芥同源蛋白构建了相互作用网络，结果如图4所示。BlRAV2 (RAV1)、BlERF28 (ERF13)及BlAP2-13 (AP2)具有较多的节点(互作蛋白)数量，分别为6、7、10个，表明这3个基因在光皮桦AP2/ERF基因家族中可能占据核心地位并发挥着重要的生物学功能。此外，各亚家族成员内部及之间也存在复杂的相互作用，如BlERF7、BlERF17及BlERF20构成三角相互作用网络，而核心成员BlAP2-13与多个ERF及DREB成员分别存在互作关系，BlRAV2也与多个ERF和DREB成员互作(图4)。这种不同亚家族成员间复杂的互作关系，暗示这些基因可能在功能上存在非常复杂的交互关系。
图 4 光皮桦AP2/ERF家族蛋白互作预测
Figure 4. Prediction of interactions of AP2/ERF proteins in B. luminifera
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对77个光皮桦AP2/ERF家族成员在根、嫩叶、成熟叶、雌花序、雄花序、不同木质化的茎、皮、木质部等8个不同组织器官的表达情况进行分析。结果显示：多数(71个)家族基因的表达具有较强的组织特异性(图5)。其中，只在特定组织或器官中表达或表达量较强的基因有4个，如BlAP2-6只在根中表达、BlSoloist仅在嫩叶及第1节茎中表达；在所有组织器官中均有表达且表达量较高的基因有5个，分别为BlAP2-13、BlERF9、BlERF33、BlERF13、BlDREB27；而BlERF25在这13个组织器官中的表达量均极低(图5)。
图 5 光皮桦AP2/ERF基因家族在不同组织器官中的表达
Figure 5. Expression profiles of AP2/ERF family genes in different tissues and organs of B. luminifera
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分析高温胁迫转录组数据，结果检测到45个基因在叶片中能够表达，包括4个AP2亚家族基因，20个DREB亚家族基因，20个ERF亚家族基因和1个RAV亚家族基因(图6)。进一步差异表达分析显示：多数ERF或DREB基因对高温胁迫产生了明显的响应，如BlDREB23在高温胁迫12 h后表达上调了12倍，BlERF6在高温胁迫12和36 h后分别被上调了3倍以上；而BlDREB24、BlDREB25和BlERF21等基因的表达则明显受到了高温胁迫的抑制(图6)。这些结果说明：ERF和DREB亚家族基因可能对光皮桦高温胁迫响应有重要的调控作用。
图 6 高温胁迫下光皮桦AP2/ERF基因表达分析
Figure 6. Expression analysis of AP2/ERF genes under heat stress in B. luminifera
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AP2/ERF基因家族是植物最大的转录因子家族之一，在生长发育和逆境胁迫响应中扮演重要的角色[2, 22]。具有60~70个氨基酸的保守AP2结构域是该基因家族成员的重要特征。本研究在光皮桦基因组鉴定中获得了77个至少具有1个AP2结构域的AP2/ERF基因。与其他植物类似，这些光皮桦AP2/ERF基因也可被分为AP2、ERF、DREB、RAV和Soloist 等5个亚家族，包括13个AP2基因、27个DREB基因、34个ERF基因、2个RAV基因及1个Soloist基因。通常，在植物中ERF亚家族具有最多的成员，然后依次是DREB、AP2、RAV，Soloist亚家族成员最少。光皮桦与拟南芥[22]、水稻[22]、玉米[14]和杨树Populus trichocarpa[35]等物种的AP2/ERF基因各亚家族成员在数量上也具有相似的规律，这说明AP2/ERF基因在进化上可能有共同的起源。
转录因子的调控功能通常与一些重要的保守结构域或基序有关[36]。在AP2/ERF转录因子中，除了高度保守的AP2结构域，不同亚类的基因还具有特异的保守基序，如拟南芥AP2/ERF转录因子除了保守的AP2结构域，还具有50个保守基序[5]，萝卜的AP2/ERF转录因子具有20个特异的保守基序[9]。光皮桦的AP2/ERF转录因子也具有7个特异的保守基序。进一步分析发现：同一亚家族基因具有相同或相似的保守基序，如绝大多数BlDREB基因具有特异基序Motif 10，同属ERF(B3)亚类的BlERF21~BlERF25具有1个特异基序Motif 8。在其他植物中，AP2/ERF基因的保守基序和结构域组成在亚家族内也具有类似的高度相似性，暗示同一亚家族基因可能具有相似的生物学功能和调控途径。此外，基因结构分析也表明：不同亚家族光皮桦AP2/ERF基因具有特异的基因结构特征，如AP2亚家族基因具有多个内含子(6~9个)，而其他亚家族中仅少数基因具有单个内含子，其余基因则没有内含子。这种不同亚家族AP2/ERF基因具有的基因结构特征，在拟南芥、龙眼Dimocarpus longan、萝卜和玉米等不同植物中均存在类似现象，进一步说明该家族基因在进化上有共同的起源。
启动子顺式作用元件是基因功能的重要组分，能够反映基因潜在的功能和调控途径[11]。本研究显示：光皮桦AP2/ERF基因启动子区域的顺式作用元件主要可分为激素响应、胁迫响应和生长发育相关等3类，其中光响应元件、脱落酸响应元件和茉莉酸甲酯响应元件是最多的3种元件，这与美国山核桃Carya illinoinensis的AP2/ERF家族基因的顺式作用元件的分布模式类似[37]。有意思的是，不同AP2/ERF基因启动子的响应元件数量及类型不同，但不同亚家族基因启动子可能存在同类的响应元件，如脱落酸响应元件和茉莉酸甲酯响应元件在不同亚家族基因启动子中均存在。这说明不同亚家族基因在功能上产生了分化，但可能共同参与了相同的调控途径。同时，蛋白互作分析的结果显示：包括光皮桦在内的不同植物的AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系[9, 11, 14, 38]，进一步说明不同亚家族的AP2/ERF转录因子可能参与同一调控途径。
研究表明：不同AP2/ERF亚家族基因在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥不同作用。不同组织器官的表达分析显示：光皮桦AP2/ERF各家族成员在根、茎、叶等不同组织器官的表达存在差异，如BlAP2-6特异地在根中表达，而BlAP2-13、BlERF9、BlERF33、BlERF13和BlDREB27等5个基因则在所有组织器官中均有较高水平的表达。有意思的是，进化关系相近的基因，其表达模式也存在明显分化，如BlRAV1和BlRAV2的表达模式并不相同，而BlERF10和BlERF11、BlERF9和BlERF3的表达模式则非常相似。这说明，在这些进化关系较近的光皮桦AP2/ERF基因中既存在功能上的分化，也存在一定的功能冗余。已有研究表明：植物ERF和DREB基因主要在响应生物和非生物胁迫中发挥作用，它们的表达往往会受到逆境胁迫的诱导。如在萝卜中，RsERF003和RsERF039的表达明显受高温胁迫的诱导[9]；玉米ZmERF135、水稻OsDREB2A和拟南芥AtDREB2A等基因的表达在被高温处理后明显上调[14, 39]。本研究的高温胁迫表达分析也表明：相比AP2亚家族基因，光皮桦ERF和DREB基因对高温胁迫更敏感，呈现出显著的表达差异，如BlDREB23、BlERF6等基因明显受到高温胁迫的诱导。这些结果显示：ERF和DREB基因在高温胁迫应答中发挥了重要作用。
在光皮桦77个AP2/ERF家族成员中，值得注意的是ERF(B3)亚类中的BlERF21~BlERF25分支。这5个基因具有1个特异基序Motif 8，且基因启动子区域中均含1~2个干旱诱导顺式作用元件，同时在高温42 ℃胁迫处理12 h后，除了BlERF25基因外，其他4个基因表达水平均明显下调，推测这一分支的5个基因可能在抵御高温及干旱胁迫中发挥着重要的作用，但具体基因功能仍需开展后续实验进行验证。
Identification and expression analysis of AP2/ERF gene family in Betula luminifera
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摘要:
目的 深入研究AP2/ERF基因家族在光皮桦Betula luminifera生长发育及环境胁迫响应中的生物学功能。 方法 利用光皮桦基因组数据，通过生物信息学方法开展AP2/ERF基因家族鉴定、基因特征、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作和表达分析。 结果 在光皮桦基因组中共鉴定到77个AP2/ERF基因，其编码的蛋白理化性质存在差异，大多数蛋白(60个)的理论等电点小于7.0。系统进化分析显示：这77个AP2/ERF转录因子属于5个亚家族，其中ERF亚家族最大，包含34个成员。光皮桦AP2/ERF各亚家族间的基因结构存在较大差异，其中AP2亚家族成员均具有6~9个内含子，而DREB亚家族基因则没有内含子；但AP2/ERF各亚家族内的不同成员具有相似的保守基序类型和分布。同时，AP2/ERF基因启动子上都存在大量与激素、调节、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件。此外，互作网络分析预测不同的光皮桦AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系。进一步的表达分析显示：绝大多数光皮桦AP2/ERF基因(71个)的表达存在较强组织特异性，且在高温胁迫下，多数ERF或DREB基因的表达发生显著变化，表明ERF和DREB基因在高温胁迫应答中可能发挥着重要作用。 结论 通过生物信息学分析获得光皮桦77个AP2/ERF基因，分属于5个亚家族。不同亚家族基因具有相似的基因结构、保守基序等特征。基因启动子区含激素、胁迫响应等相关的作用元件。基因表达具有较强的组织特异性，且多数ERF或DREB基因对高温胁迫有明显响应。图6表1参39 Abstract:Objective This study aims to explore biological roles of AP2/ERF gene family in growth and development of Betula luminifera, and its responses to environmental stress. Method Based on the genome data of B. luminifera, AP2/ERF gene family were identified through bioinformatics method, and their gene features, phylogeny, gene structure, conserved motifs, cis-acting elements, protein interactions and expression pattern were analyzed. Result A total of 77 AP2/ERF genes were identified in the genome of B. luminifera. The physical and chemical properties of the encoded proteins were different, and the isoelectric points of most proteins (60) were less than 7.0. Phylogenetic analysis showed that these 77 AP2/ERF transcription factors belonged to 5 subfamilies, among which ERF subfamily was the largest, including 34 members. The gene structures of AP2/ERF subfamilies were quite different. The members of AP2 subfamily had 6−9 introns, while DREB subfamily gene had no introns. However, similar conserved motif types and distributions were observed in different members of AP2/ERF subfamilies. At the same time, there were a large number of cis acting elements related to hormone, regulation, stress responses, and growth and development in promoter of AP2/ERF genes. Protein interaction network analysis predicted that there were extensive interactions among different AP2/ERF subfamily proteins. Further expressions analysis showed that the expression of most AP2/ERF genes (71) had strong tissue specificity, and the expressions of most ERF or DREB genes changed significantly under heat stress, indicating that ERF and DREB genes might play an important role in the response to heat stress. Conclusion Through bioinformatics analysis, 77 AP2/ERF genes are identified in B. luminifera, which belong to 5 subfamilies. Different subfamily genes have similar gene structure and conserved motifs. The promoter region of the gene contains hormone, stress response and other related elements. Gene expression has strong tissue specificity, and most ERF and DREB genes have obvious response to heat stress. [Ch, 6 fig. 1 tab. 39 ref.] -
Key words:
- Betula luminifera /
- AP2/ERF family /
- expression pattern /
- heat stress
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黄檀属Dalbergia为豆科Leguminosae蝶形花亚科Papilionoideae下重要的一个属。中国黄檀属有28种1变种，产自中国西南部、南部至中部。该属包括了众多优良的材用树种，如降香黄檀D. odorifera和有着较高经济价值的紫胶虫Laccifer lacca寄主树种钝叶黄檀D. obtusifolia[1]。黄檀属乔木树种在经济上的巨大价值，导致其长期遭受盗伐与过度采伐[2]。同时由于分布区内土地的大规模开发与紫胶生产等的过度利用，黄檀属乔木在中国的自然分布区正在不断缩小，一些树种甚至濒临灭绝，许多自然分布的地理种源也即将消失。《中国生物多样性红色名录(高等植物卷)》对黄檀属植物进行了全面的评估，结果表明：黄檀属乔木树种有7种受到了不同程度的威胁，1种极危、2种濒危、2种易危、2种近危，其中钝叶黄檀濒危，而降香黄檀则极危[3]。因此，保护现有黄檀属乔木的栖息地，同时为其寻找潜在分布区进行引种和抚育有着重要生态学意义与经济价值。物种的分布受到土壤、地形等多种环境因素的制约[4-5]，但气候因素可能是决定区域尺度上植物地理分布的主要环境因素[6]。全球气候变化已成为全球生物多样性面临的主要威胁之一[7]。气候变化将对全球物种的分布带来深远的影响，政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第6次耦合模型比对项目(CMIP6)指出，在除最低排放情景外的所有排放情景中，全球平均温度都将至少上升1 ℃，且厄尔尼诺等异常天气现象将比以前大大增多[8]。据估计，受此影响，全球有20%~30%的物种可能会由于全球变暖而灭绝[9]。黄檀属乔木树种主要分布于中国的南方地区，气候变化带来的水热条件的改变则会导致黄檀属乔木适宜分布区的变更，它们较为狭窄的分布范围可能预示着对栖息地环境因子更为严格的要求[10]，进而在未来气候变化的背景下可能有着更高的灭绝风险。本研究通过地理信息系统(GIS)技术和最大熵(MaxEnt)物种分布模型研究黄檀属珍稀乔木树种的分布适宜区，并通过CMIP6未来气候数据得出未来气候背景下的适宜分布区，找出影响黄檀属珍稀乔木树种的主要环境因子，得出黄檀属珍稀乔木树种分布适宜区的变化趋势，以期为应对未来气候变化下的珍稀树种保护区调整和生态安全建设提供依据。
1. 数据及研究方法
1.1 物种分布数据与影响因子
从《中国生物多样性红色名录(高等植物卷)》筛选出了全部7种受威胁的黄檀属乔木树种作为珍稀乔木树种进行研究。根据中国数字植物标本馆(CVH, http://www.cvh.ac.cn/)、全球生物多样性信息服务网络平台(GBIF, https://www.gbif.org/)、中国期刊全文数据库(https://www.cnki.net/)及国家标本资源共享平台(http://www.nsii.org.cn/)搜集了相关树种的当前分布坐标数据。
为了全面评估物种分布受到的环境因素影响，本研究选取了19个气候数据、15个土壤数据与3个地形数据作为环境因子参与模型运算。气候数据来源于世界气候网(http://www.worldclim.org/)，数据空间分辨率为1 km，共有19个气候因子(表1)。使用1970−2000年19个气候因子的平均值作为当前气候建模数据(表2)，未来气候数据为CMIP6发布的2061−2080年的平均气候数据，该数据可以更准确地展示在未来气候长期影响下的响应[11]。本研究选取中国国家气象中心开发的BCC-CSM2-MR模式作为未来气候的数据源，其对中国降水与气温的模拟较为可靠[12]。气候情景则选取与当前经济社会发展相符合的中等温室气体排放情景(SSPs 245, Shared Socioeconomic Pathways 245)，该模式情景与目前排放趋势相对应，具有较高的准确性[13]。
表 1 环境因子及其编号Table 1 Environment factors and their codes编号 环境因子 编号 环境因子 bio1 年平均温度 GRA 碎石体积百分比 bio2 平均日温差 Sand 含沙量 bio3 等温性 Silt 淤泥含量 bio4 温度季节变化系数 Clay 黏土含量 bio5 最热月最高温度 USDA_Tex 土壤质地 bio6 最冷月最低温度 OC 有机碳含量 bio7 气温年较差 pH_H2O 酸碱度 bio8 最湿季平均温度 CEC_Clay 黏性层土壤阳离子交换能力 bio9 最干季平均温度 CEC_Soil 阳离子交换能力 bio10 最热季平均温度 BS 基本饱和度 bio11 最冷季平均温度 CaCO3 碳酸盐含量 bio12 年平均降水量 ESP 表层土壤可交换钠离子 bio13 最湿月降水量 ECE 表层土壤电导率 bio14 最干月降水量 TEB 可交换性盐基 bio15 降水量季节变化 BD 土壤容重 bio16 最湿季降水量 ALT 海拔 bio17 最干季降水量 SLO 坡度 bio18 最热季降水量 ASP 坡向 bio19 最冷季降水量 表 2 黄檀属珍稀乔木环境因子贡献率Table 2 Distribution of rare tree species of Dalbergia in modeling环境因子 各因子在模型计算中的贡献占比/% 总贡献率/% 秧青 毛叶黄檀 多体蕊黄檀 降香黄檀 钝叶黄檀 黄檀 海南黄檀 bio1 5.1 0 0.2 83.6 23.4 1.4 0.8 16.47 bio2 0.7 3.8 0.5 0 0 3.5 0.4 1.28 bio3 6.1 41.2 0.1 0.7 22.7 1.2 3.3 10.83 bio4 25.2 0.9 49.9 0 35.6 1.8 2.7 16.70 bio5 2.6 0 0.1 0 0 0.6 0 0.47 bio6 0 0 0 3.4 4 1.7 3.4 1.80 bio7 0 0 5.2 0 0 3.4 0 1.24 bio8 2.9 0 1.3 0 0 0.8 0 0.72 bio9 0.2 0.1 0 2.9 2.6 0.1 3.3 1.32 bio10 0 0 0 0.3 0 1.5 0 0.26 bio11 0.1 0 0 0 0.8 0.3 85.6 12.49 bio12 0 0 1.6 0 0.2 5.4 0 1.04 bio13 0 0 0 0.7 0 0.1 0 0.12 bio14 2.4 1.9 0.2 0 0 53.4 0 8.33 bio15 0 0.1 5.7 0.2 0.1 1.9 0 1.15 bio16 8.5 0 0 0.1 0 0 0 1.24 bio17 32.6 0 9.2 0 0 2.0 0 6.30 bio18 0.6 9.7 5.8 3.7 0 0.3 0 2.89 bio19 0 0 1.0 0 0.7 2.2 0 0.56 USDA_Tex 0.2 5.4 0 0 0 0.2 0 0.83 CaCO3 2.5 12.2 0 0 0.7 1.3 0 2.40 Silt 1.0 3.5 0 0.8 0 0.9 0 0.89 TEB 0.8 0 0 0 0 3.0 0 0.55 Sand 0 0.3 0 0.8 0 0 0 0.16 Clay 0.1 0.4 0.2 0.1 0 0.8 0 0.23 CEC_Soil 0.1 0 0 0.9 1.8 0.1 0 0.42 CEC_Clay 0 0 6.5 0.5 1.5 1.0 0 1.37 BS 0 0 3.8 0 0 0.2 0 0.58 BD 0 1.7 0 0 0 0 0 0.24 ECE 0 0 0 0 0 0 0 0.00 ESP 0 3.8 0.5 0 0 0.2 0 0.65 GRA 0 0 2.2 0 0.6 0.5 0.4 0.53 OC 0 0 0 0 0 0 0 0.00 pH_H2O 0 0 0 0 0 0.3 0 0.04 ALT 0 0 3.6 1.2 0.1 2.1 0 1.01 SLO 3.3 15.1 1.9 0 4.7 4.2 0 4.20 ASP 0.3 0 0.8 0.1 0.4 3.3 0 0.70 说明：加粗值为关键因子。秧青D. assamica，毛叶黄檀D. sericea，多体蕊黄檀D. polyadelpha，海南黄檀D. hainanensis 土壤数据来源于中国科学院寒区旱区科学数据中心(http://westdc.westgis.ac.cn)，是南京土壤研究所基于第2次全国土地调查所提供的1∶100万土壤数据制作，栅格大小约为1 km，共有15个指标(表1)。坡度、海拔与坡向数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http://www.gscloud.cn)提供的数字高程模型(DEM)，空间分辨率为90 m，利用ArcGIS(版本10.2，www.esri.com)的表面分析工具提取得到地形数据(表1)。这些环境因子数据坐标统一为WGS1984，分辨率重采样为30"。气候数据与土壤地形数据按照研究区裁剪。同时，模型运算时使用中国科学院资源环境数据中心(http://www.resdc.cn)中国地理数据对气候图层进行掩膜裁剪后作为底图进行处理。
1.2 物种分布模型
物种地理分布的预测模型在生态学和自然保护等领域得到了广泛应用，可用于分析物种潜在分布区并预测其未来分布[14-15]。其中最大熵模型是PHILLIPS等[16-17]开发用于模拟给定环境条件下物种出现概率的物种分布模型。其原理是根据物种所有已知分布点的环境变量建立多种分布函数，从中选取熵值最大者，进而计算其在整个预测范围内的潜在分布情况[18]。模型采用受试者工作特征曲线(ROC曲线)下的面积(AUC, the area under the ROC curve)检验模型模拟效果[19-20]。与其他物种分布模型对比，如GARP、ENFA和BIOCLIM等，MaxEnt模型的AUC值更高，即预测结果更优，因此本研究使用该模型进行物种分布模拟[21-23]。
依据PHILLIPS等[17]对模型预测精度判断标准的研究，当受试者工作特征曲线中AUC值大于0.9时说明预测效果极好，预测结果精度高。本研究设置75%数据用于构建模型，25%的数据用于模型检验。根据样本训练集的AUC值及测试集的AUC值来评价模型拟合效果。通过模型提供的刀切法(jackknife)得出因子百分贡献率，以考察各环境因子对于模型的贡献率及重要性，得出各因子贡献率排序以筛选关键环境因子，并依据关键因子对物种的适宜分布区进行再次预测。MaxEnt模型以栅格形式输出物种的生境适宜度(P)，模型采用最大训练敏感性和特异性(maximum training sensitivity plus specificity，MaxSS)方法确定P的阈值，每个物种在运用最大熵模型训练完成后系统会给出相应的MaxSS值。基于IPCC制定的划分标准[24-26]，研究区黄檀属珍稀乔木的适生等级可划分为3类：P＜MaxSS阈值的区域为非适宜分布区；MaxSS阈值≤P＜0.66的区域为较适宜分布区；P≥0.66的区域为高适宜分布区。
2. 结果和分析
2.1 模型适用性分析
基于黄檀属珍稀乔木树种实际分布数据和包括气候、土壤与地形在内的37个影响因子，使用MaxEnt模型进行建模，模拟当前适宜分布区并预测未来适宜分布区。结果显示：经过模型运行10次迭代后最大熵模型的模拟效果极好，采用受试者工作特征曲线分析模型的预测衡量指标，其训练集与测试集AUC 值均高于0.95，表明MaxEnt模型预测可信度较高，可用于黄檀属珍稀乔木树种适宜分布区变化的研究。
2.2 影响黄檀属珍稀乔木分布的主导环境因子
本研究通过MaxEnt模型的刀切法获得了各环境因子对7种黄檀属珍稀乔木适宜区分布模拟的贡献率及全模型总贡献率，并筛选了影响黄檀属珍稀乔木分布的关键环境因子(表2，加粗值为关键因子)。37个环境因子中，年平均温度、等温性、温度季节变化系数、最热季降水量、最干月降水量、最干季降水量、土壤碳酸盐与坡度在7种植物中均有超过10%的贡献占比，且它们的总贡献率占到了全模型贡献率的77.72%，因此它们是影响7种黄檀属珍稀乔木适宜区分布模拟的关键环境因子。
研究结果表明：秧青的分布主要受温度季节变化系数与最干季降水量的影响，贡献率分别为25.2%和32.6%。毛叶黄檀主要受等温性、土壤碳酸盐与坡度的影响，贡献率分别为41.2%、12.2%和15.1%。多体蕊黄檀则主要受温度季节变化系数的影响，贡献率为49.9%。钝叶黄檀的主要影响因子为年平均温度、等温性和温度季节变化系数，贡献率分别为23.4%、22.7%和35.6%。主导降香黄檀分布的环境因子为年平均温度，其贡献值为83.6%。黄檀的分布主要受最干月降水量的影响，贡献率为53.4%。海南黄檀主要受最冷季平均温度的影响，贡献率为85.6%。
2.3 黄檀属珍稀乔木的适宜分布区
2.3.1 当前气候下适宜分布区分析
根据物种分布适宜区的划分标准，得到黄檀属珍稀乔木在当前气候下分布适宜区的分布面积的变化数据(表3)。秧青在云南南部、海南、广东、福建和广西有较大的适宜分布区，最适分布区为云南南部与海南南部，适宜分布区域面积为43.35×104 km2，最适分布区面积为6.04×104 km2。海南黄檀仅分布在海南南部沿海区域，适宜分布区面积为0.20×104 km2，最适分布区面积为0.03×104 km2。黄檀为华南广布树种，其适宜分布区面积高达114.18×104 km2，最适分布区面积为10.12×104 km2。钝叶黄檀以海南和云南南部为主要分布地，在中国台湾西部也有适宜分布区，其适宜分布面积为29.54×104 km2，最适分布区面积为4.60×104 km2。降香黄檀为极度濒危的物种，主要分布在海南与广东，在海南与云南西双版纳有小范围最适分布区，该种适宜分布区面积为25.64×104 km2，最适分布区面积仅为1.06×104 km2。多体蕊黄檀仅分布在云南及其接壤的周边区域和西藏南部地区，其适宜分布区面积为31.2×104 km2，最适分布区面积为3.75×104 km2。毛叶黄檀主要分布在西藏南部地区及云南和四川的高原山地之中，其适宜分布面积为17.54×104 km2，最适分布区面积为4.91×104 km2。
表 3 7种黄檀属珍稀乔木树种样点数及不同时期适宜分布区面积Table 3 Suitable distribution area of 7 rare tree species of Dalbergia and their records numbers种名 濒危等级 生境适宜度阈值 样点数 不同时期适宜分布区面积/万km2 不同时期最适分布区面积/万km2 当前 未来 当前 未来 秧青 濒危 0.287 55 43.35 64.95 6.04 12.06 海南黄檀 易危 0.335 10 0.20 1.15 0.03 0.08 黄檀 近危 0.273 201 114.18 79.03 10.12 5.09 钝叶黄檀 濒危 0.175 19 29.54 44.17 4.60 8.58 降香黄檀 极危 0.134 15 25.64 77.64 1.06 15.99 多体蕊黄檀 易危 0.253 25 31.20 51.15 3.75 14.26 毛叶黄檀 近危 0.386 10 17.54 51.45 4.91 29.10 2.3.2 未来气候下适宜分布区预测
本研究选取未来气候情景(2061−2080年)SSPs 245稳定气候情景模式下黄檀属珍稀乔木的分布范围和面积，并进行了分析。结果显示：除黄檀适宜分布区与最适分布区均有所减少外，其余6种黄檀属珍稀乔木在SSPs 245未来气候情景下适生区面积均呈增加趋势，其适宜分布区质心也均有向北扩展的趋势。秧青未来适宜分布区面积增加了49.8%，在福建西部有了更大面积的适宜生境；海南黄檀未来适宜区面积增加至1.15×104 km2，分布范围也由海南扩张至中国台湾南部，其最适分布区则由0.03×104 km2增加至0.08×104 km2，且在台湾南部出现了最适分布区。钝叶黄檀在SSPs 245气候情景下适宜生境面积增加了49.5%，达到44.17×104 km2，其适宜分布区与最适分布区在云南均大大增加，适宜分布区拓展至四川攀枝花一线，同时适宜分布区质心与最适分布区质心均向北延伸。多体蕊黄檀未来适宜区面积增长为51.15×104 km2，最适分布区面积增长为14.26×104 km2，分布边界不断向云南东部延伸，在贵州、广西、云南的交界处黔西南、百色、文山等地区出现了适宜生境。黄檀的适宜分布区与最适分布区则有所减少，适宜分布区面积减少了30.8%，缩小至79.03×104 km2，最适分布区面积减小了49.3%，缩小至5.09×104 km2，在山东南部沿海出现了一定的适宜分布区，但贵州、广西、广东和福建的当前适宜分布区均在未来大幅度收缩。
在2061−2080 年未来气候变化情景下，降香黄檀、毛叶黄檀在SSPs 245情景下适生区面积将会有较大提升。其中，降香黄檀的适宜分布区面积由原先的25.64×104 km2增长为77.64×104 km2，最适分布区则由1.06×104 km2增加至15.99×104 km2，适宜分布区由原先的海南岛与雷州半岛迅速向北延伸至广东、广西、江西和福建等地，同时在广东与广西也出现了大范围的最适分布区。毛叶黄檀的适宜区面积由原先的17.54×104 km2增长为51.45×104 km2，最适分布区由4.91×104 km2增加至29.1×104 km2，在SSPs 245气候情景下，适宜分布范围将大大北移，覆盖云南全境、四川西部及西藏南部。
3. 结论和讨论
根据MaxEnt模型运行的结果，黄檀的适宜分布区与最适分布区均有所缩小，秧青、海南黄檀、钝叶黄檀、降香黄檀、多体蕊黄檀、毛叶黄檀等6种黄檀属珍稀乔木适宜分布区与最适分布区在中等温室气体排放情景下有所扩大，其中降香黄檀与毛叶黄檀的适宜区将会由原先的单一省份及周边的小范围分布转为覆盖多个省份的较大范围分布。物种分布模型得出的关键因子均值可以较好地反映物种对环境的适宜范围[27]。研究发现：7种黄檀属珍稀乔木均有相应的关键环境因子及其均值，其中秧青适生区温度季节变化系数的均值为852，最干季降水量的均值为390 mm；毛叶黄檀适生区等温性均值为43.1，土壤碳酸盐含量的均值为8.7%，坡度均值为21.3°；多体蕊黄檀适生区气温季节变化系数均值为632；降香黄檀适生区年平均气温的均值为21.4 ℃；钝叶黄檀适生区年平均气温均值为13.6 ℃，等温性的均值为38.8，温度季节变化系数的均值为494；黄檀适生区年最干月降水量均值为39 mm；海南黄檀适生区最冷季平均气温均值为20.8 ℃。该结果对黄檀属珍稀乔木资源的保护、造林区规划以及可持续经营等具有一定指导意义。
3.1 黄檀属珍稀乔木分布变化的原因
本研究中，7种黄檀属珍稀乔木中仅有黄檀一种为南方大范围分布的树种，同时也仅有黄檀一种的适宜分布区与最适分布区有所缩小。原因与其对最干月降水量的敏感程度有关，黄檀的分布主要受最干月降水量的影响，贡献率为53.4%，其适宜的最干月降水量为2~76 mm，因此最干季节过高的降水量会对黄檀的分布造成不利影响。在中等温室气体排放情景中，由于全球气候变化，南方地区在未来各个气候情景中都会更加潮湿，未来最干月降水量普遍增加，导致黄檀在贵州、广西、广东和福建的适宜分布区均大幅度收缩。这意味着当地对黄檀的抚育及引种工作应当有所调整，而江西等纬度更高的省份则应当在黄檀的保护中处于更加优先的地位。
作为亚热带常绿树种，黄檀属珍稀乔木在未来普遍获得了更大的适宜分布区。植物地理分布是多种因素综合作用的结果，每一物种均有决定其物种分布范围的关键因子，物种的分布面积随关键因子的变化而变化[28]，其中气候被认为是影响植物分布大尺度格局的主要因素[29]。全球气候的变化可能带来温度年较差的扩大与干湿两季降水量的不平衡，进而对植物生长造成影响[30]。秧青、钝叶黄檀与多体蕊黄檀则均对季节温差变化有着较高要求，而温度季节变化系数在中等温室气体排放情景下并无显著变化，这些可能是上述4种黄檀属珍稀乔木分布区并没有大幅扩张至其他省份的主要因素。毛叶黄檀对温度季节变化的要求较为宽松，对土壤碳酸钙的要求适中，且受坡度的限制较小；降香黄檀的适宜区分布则主要由年平均温度决定。随着全球气候变化，南方区域气温与降水量均有所增加，这些限制因素逐渐减少，因此它们的适宜分布区面积获得了更大的扩张与显著的北移[31]。
3.2 黄檀属珍稀乔木分布变化的影响
黄檀属乔木树种作为中国重要的材用树种与紫胶虫寄主树种，有着十分重要的经济价值。随着近自然森林经营等先进营林措施的不断推广，目前在纯林中混合种植黄檀属珍稀材用树种的营林措施正在受到重视，因此研究黄檀属珍稀乔木的适宜分布区及其对气候变化的响应显得尤其重要[32]。对于传统紫胶虫寄主树种钝叶黄檀，其种植范围当前仅局限于云南南部普洱等地，因此紫胶虫产业也受到寄主树种规模的限制而难以进一步扩大。本研究发现：钝叶黄檀当前在海南有着较好的适宜分布区，未来其适宜区将会拓展至普洱北部的临沧一带，因此在海南与云南中部乃至更北的区域引种钝叶黄檀，改良当地林分结构，增加经营收入有着重要的理论支撑。同时，秧青作为濒危物种，其实际分布区域碎片化严重，但其适宜分布区则从广西南部延伸至云南南部，其种群恢复潜力较大，应当在引种与造林规划中给予优先考虑[33]。海南黄檀是中国珍稀的材用树种，当前已被列入易危物种；随着全球气候的变化海南黄檀适宜分布区有所增加，但是依然局限于海南南部沿海地区，因此应当在未来的物种保护工作中将海南黄檀优先级适当提高[34]。随着全球气候变化，降香黄檀的适宜分布区将会向北延伸至广西与广东境内，应当在“两广”地区推广引种[35]。
3.3 对后续研究的展望
研究所用物种的地理分布数据受到地形和交通等条件的限制，标本记录的采样点多集中于道路附近和自然保护区等特殊区域[36]。这些采样点通常不代表环境梯度的随机样本，因而许多物种的实际分布信息不完整，可能影响模拟结果[37]。同时，物种的分布及其灭绝风险还受到物种本身的性状、当地地质条件和人为活动等多方面的综合影响，因此后续的研究可综合多种非生物与生物因子进行，以期获得更加准确的预测结果[38]。MaxEnt模型尽管精度较高，解释性良好，但目前遗传模型与随机森林模型等在物种分布预测上的应用越来越广泛，因此采用多模型对物种进行评估也有着重要的现实意义[39]。后续研究可以立足于有着重大价值的珍稀濒危物种，结合多模型、多因素进行模拟，以期得出珍稀濒危物种在气候变化背景下中国适宜区的变迁趋势，并结合提出更全面的保护手段。
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图 1 光皮桦与拟南芥AP2 /ERF转录因子家族系统进化树
Figure 1 Phylogenetic tree of AP2/ERF transcription factors from B. luminifera and A. thaliana
图 2 光皮桦AP2 /ERF家族基因成员结构(A)及保守基序(B)
Figure 2 Gene structure (A) and conserved motif (B) of AP2/ERF family members in B. luminifera
图 3 光皮桦AP2/ERF基因启动子顺式作用元件
Figure 3 The cis-elements in promoter of AP2/ERF genes in B. luminifera
图 4 光皮桦AP2/ERF家族蛋白互作预测
Figure 4 Prediction of interactions of AP2/ERF proteins in B. luminifera
图 5 光皮桦AP2/ERF基因家族在不同组织器官中的表达
Figure 5 Expression profiles of AP2/ERF family genes in different tissues and organs of B. luminifera
图 6 高温胁迫下光皮桦AP2/ERF基因表达分析
Figure 6 Expression analysis of AP2/ERF genes under heat stress in B. luminifera
表 1 光皮桦AP2/ERF基因家族成员序列特征
Table 1. Gene features of AP2 /ERF gene family from B. luminifera
分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点分类 基因
名称登陆号 ORF
长度/bp氨基酸
数目/个分子量/
kDa理论等
电点AP2 BlAP2-1 ON092428 1527 508 55.95 6.20 ERF (B-1) BlERF1 ON092417 1131 376 41.40 6.56 BlAP2-2 ON092430 1494 497 55.01 6.58 BlERF4 ON092422 783 260 27.62 9.85 BlAP2-3 ON092431 1644 547 60.45 6.17 BlERF9 ON092433 633 210 22.91 6.85 BlAP2-4 ON092437 1203 400 44.64 8.37 BlERF15 ON092447 510 169 18.52 10.06 BlAP2-5 ON092446 1458 485 52.91 7.83 BlERF18 ON092458 468 155 16.80 9.81 BlAP2-6 ON092453 2121 706 77.37 6.39 BlERF33 ON092489 636 211 22.85 9.74 BlAP2-7 ON092456 975 324 37.20 5.44 BlERF34 ON092491 900 299 32.64 5.10 BlAP2-8 ON092457 1428 475 51.86 6.43 BlAP2-9 ON092466 1929 642 71.38 6.50 ERF (B-2) BlERF2 ON092418 942 313 34.89 5.65 BlAP2-10 ON092474 1956 651 71.92 6.53 BlERF13 ON092443 1137 378 42.28 5.12 BlAP2-11 ON092483 1614 537 58.88 5.95 BlAP2-12 ON092485 1068 355 39.52 7.16 ERF (B-3) BlERF3 ON092419 729 242 27.18 6.03 BlAP2-13 ON092493 1539 512 56.17 6.41 BlERF10 ON092438 837 278 29.98 6.46 BlERF11 ON092439 828 275 29.76 8.72 DREB (A-1) BlDREB6 ON092434 741 246 27.06 4.77 BlERF21 ON092468 996 331 36.46 6.03 BlDREB7 ON092435 714 237 26.13 4.89 BlERF22 ON092469 996 331 36.36 7.68 BlDREB8 ON092436 900 299 33.24 4.94 BlERF23 ON092470 996 331 36.52 6.67 BlDREB15 ON092454 678 225 25.22 8.58 BlERF24 ON092471 996 331 36.49 8.57 BlDREB17 ON092461 564 187 20.58 6.12 BlERF25 ON092472 1011 336 37.03 6.47 BlDREB23 ON092484 657 218 23.93 8.90 BlERF28 ON092477 699 232 25.68 6.21 BlDREB24 ON092487 612 203 22.27 5.47 BlDREB25 ON092488 609 202 22.14 5.48 ERF(B-4) BlERF6 ON092426 1092 363 39.30 6.51 BlDREB26 ON092490 621 206 22.93 5.48 BlERF26 ON092475 612 203 22.47 4.86 BlERF27 ON092476 657 218 24.47 6.13 DREB (A-3) BlDREB19 ON092463 972 323 34.95 6.58 BlERF31 ON092481 1383 460 49.08 5.72 BlERF32 ON092482 612 203 22.48 4.87 DREB (A-4) BlDREB5 ON092429 717 238 25.85 4.92 BlDREB9 ON092440 642 213 23.46 4.99 ERF(B-5) BlERF7 ON092427 924 307 35.10 5.14 BlDREB10 ON092441 558 185 20.22 4.73 BlERF17 ON092455 969 322 36.12 5.50 BlDREB12 ON092448 546 181 20.42 5.18 BlERF20 ON092464 1053 350 39.54 4.88 BlDREB14 ON092452 531 176 18.89 5.20 BlDREB16 ON092459 540 179 19.95 6.90 ERF(B-6) BlERF5 ON092423 549 182 20.42 6.71 BlDREB18 ON092462 603 200 21.85 4.95 BlERF8 ON092432 609 202 22.49 6.83 BlDREB21 ON092473 606 201 20.88 4.80 BlERF12 ON092442 624 207 23.23 6.98 BlDREB22 ON092480 684 227 24.39 4.81 BlERF14 ON092444 756 251 28.52 4.94 BlERF16 ON092450 996 331 36.52 5.00 DREB (A-5) BlDREB1 ON092420 615 204 22.57 5.11 BlERF19 ON092460 777 258 28.97 5.39 BlDREB2 ON092421 444 147 16.65 7.83 BlERF29 ON092478 573 190 21.52 8.85 BlDREB3 ON092424 699 232 24.96 5.16 BlERF30 ON092479 570 189 21.29 7.80 BlDREB11 ON092445 525 174 19.43 6.64 BlDREB13 ON092449 486 161 17.59 4.77 RAV BlRAV1 ON092451 948 315 35.16 9.00 BlDREB20 ON092467 624 207 22.78 4.76 BlRAV2 ON092465 1203 400 44.15 8.08 DREB (A-6) BlDREB4 ON092425 1134 377 41.15 5.54 Soloist BlSoloist ON092486 957 318 36.27 6.01 BlDREB27 ON092492 1008 335 36.97 6.18 
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链接本文:
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