蘋果是世界上最重要的經濟水果之一。其栽培和推廣受到乾旱、鹽分和低溫等各種非生物脅迫的限制，這些脅迫都與鈣穩態和鈣訊號傳導有關，然而，CaCA 超家族的表徵和蘋果CAX蛋白的功能研究尚未在蘋果中進行。
西北農林科技農業大學研究團隊在BMC Plant Biology發表了一篇名為“Genome-wide analysis of the apple CaCA superfamily reveals that MdCAX proteins are involved in the abiotic stress response as calcium transporters”的文章對蘋果 CaCA 超家族的全基因組分析表明，MdCAX 蛋白作為鈣轉運蛋白參與了非生物應激反應。
在這裡，我們首次在蘋果中鑑定了 21 個 CaCA 家族蛋白。系統發育和基因結構分析以及保守基序的預測表明，這些蛋白質可以分為四類：CAX、CCX、NCL 和 MHX。表達分析表明，我們克隆的10個MdCAX基因對鈣和非生物脅迫處理有強烈反應。鈣轉運能力的共線性分析和表徵導致鑑定出一對節段重複基因：MdCAX3L-1和MdCAX3L-2; MdCAX3L-2 顯示出很強的鈣轉運能力，而 MdCAX3L-1 沒有顯示出鈣轉運能力。酵母雙雜交 (Y2H) 分析表明這兩種蛋白質可以相互作用。高序列相似性 (94.6%) 使它們成為研究 CAX 蛋白鈣轉運的關鍵殘基和結構基礎的良好模型。蛋白質相互作用網路的預測揭示了幾種可能與 CAX 蛋白相互作用並在植物脅迫反應中發揮重要作用的蛋白質，如 SOS2、CXIP1、MHX、NRAMP3 和 MTP8。
為了瞭解這些 MdCAX 蛋白中非生物脅迫反應的調節機制，我們基於它們在擬南芥中的直系同源物預測了 MdCAX 蛋白的蛋白質相互作用網路。他們的蛋白質序列首先被輸入到線上資料庫 STRING中。在確認擬南芥中的直系同源物後，透過STRING 預測和視覺化CAXs 相關蛋白質相互作用網路。
CAX 家族蛋白內部存在複雜的相互作用，例如 CAX1 和 CAX3 之間的相互作用（圖 9a）。功能註釋表明這兩種蛋白質對於調節植物中離子的穩態至關重要。此外，CAX和CCX家族蛋白之間也存在複雜的相互作用，例如CAX1與CAX9（CCX3）和CAX11（CCX5）的相互作用（圖9a）。此外，我們鑑定了幾種在植物應激反應中起重要作用並且可能與 CAX 蛋白相互作用的蛋白質（圖9a）。例如，SOS2 參與調節細胞內Na和K 穩態和耐鹽性。CXIP1調節 CAX 陽離子轉運蛋白並保護細胞免受蛋白質氧化損傷。MHX、NRAMP3 和 MTP8 (AT3G58060) 參與運輸各種金屬離子，如 Fe、Mg、Zn、Mn 和 Cd，並調節植物金屬耐受性。
圖 9aMdCAX 蛋白的蛋白相互作用網路的預測
考慮到MdCAX3L-1和MdCAX3L-2的高序列相似性、不同的鈣轉運能力和表達模式，我們使用膜系統酵母雙雜交研究了它們蛋白質之間的相互作用。這兩個基因的全長CDS被克隆到誘餌（pBT3N）和獵物（pBR3N）載體中，然後以不同的組合轉化到酵母菌株NMY51中。MdCAX3L-1和MdCAX3L-2彼此與自身也相互作用（圖9B）。這一結果與之前在擬南芥中的研究一致，並支援預測的相互作用網路。
Y2H 分析表明這兩種蛋白質可以相互相互作用，也可以與它們自身相互作用。總的來說，這些結果為未來對蘋果MdCAX基因的研究提供了基礎。
文獻連結：
https://doi.org/10.1186/s12870-021-02866-1
