HD-Zip（同源结构域-亮氨酸拉链）是高等植物特有的一个转录因子家族，在植物的生长发育中起着至关重要的作用。它广泛参与了植物的生长、形态发生、生物和非生物胁迫，以及其他生命过程。大麻因含有许多活性药用成分，如萜烯、黄酮类、酚类萜类和生物碱等，被认为是一种重要的药用植物。然而，大麻的HD-Zip转录因子，尚未被确定。在本篇文章中，作者利用生物信息学预测HD-Zip转录因子的潜在生物学功能，识别影响大麻素生物合成的调控基因，为选择和培育高CBD、低THC含量的高品质大麻品种提供依据。

本系统研究了HD-Zip转录因子在大麻基因组中的序列特征、染色体定位、系统进化、保守基序、基因结构和基因表达情况。采用实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）方法（使用启衡星产品：（StarLighter 高性能染料法 qPCR 预混液—通用型)验证其功能。

通过鉴定其结构域，鉴定出33个大麻HD-Zip家族成员。根据HD-Zip的染色体定位，将这33个成员命名为CsHD1-CsHD33（图1）。在大麻的HD-ZIP家族中，每个HD-ZIP基因都可以找到匹配的染色体信息，其位置均匀地分布在10条染色体上。

图1. CsHD基因的染色体定位。染色体长度（bp）用y轴表示。基因的浓度是通过每条染色体上的彩色条纹来描述的。

利用相关分析位点对大麻HD-Zip基因家族成员进行分析（表1），研究结果表明其相对分子量为23264.32Da~93147.87Da，相关氨基酸计数为136~849aa，等电点为4.54~9.04。结果表明，所有大麻HD-Zip蛋白都是亲水性的，但亲水性程度不同。大麻HD-Zip基因家族参与者的预期亚细胞定位证实，除了CsHD20蛋白定位于细胞质外，所有蛋白都定位于细胞核中。这些结果可能为研究大麻中HD-Zip 基因的家族功能提供理论依据。

表1. CsHD基因家族的信息和特征。

文章利用大麻33个HD-Zips和拟南芥48个HD-Zips构建了邻域连接系统发育树（图2）。鉴定出大麻HD-Zip家族分为4个亚家族：HD-ZipI家族14个，HD-Zip II家族7个，HD-Zip III家族3个，HD-Zip IV家族9个。大麻、水稻和拟南芥的协方差分析显示，大麻HD-ZIP家族与拟南芥和水稻的基因有20对同源基因，其中12对共有（图3）。不同物种的同源基因在进化过程中保持相同或相似的功能，基因的组织表达模式通常与基因功能有关。

图2. 大麻和拟南芥同源结构域-亮氨酸拉链（HD-Zip）家族的系统发育分析。

图3. 大麻、水稻和拟南芥之间的同源结构域-亮氨酸拉链（HD-Zip）基因的共线性分析。彩色的线表示大麻染色体和其他染色体之间的共连区域。

利用MEME网站在线分析和TBtools软件可视化研究（图4）发现，大麻HD-Zip基因家族蛋白包含多个基序；其中，基序1和2分别构成同源结构域和LZ结构域，表明基序1和2是大麻HD-Zip基因家族蛋白的特征。同一亚家族的成员具有相似的基序类型和数字。内含子和外显子分析显示，同一亚家族成员的内含子数量相对一致，不同亚家族成员的内含子和外显子数量存在显著差异。大麻HD-Zip基因中内含子和外显子数量的差异反映了大麻HD-Zip家族成员之间的结构多样性，而在进化树的同一分支成员之间的外显子数量更为一致。

图4. HD-Zip基因的结构。A. CsHD蛋白的系统发育树。B. CsHD蛋白的保守结构域。C. CsHD基因结构和保守结构域。内含子用黑线表示。

启动子区域不同的顺式作用元件通常意味着该基因可以对相应的激素或应激诱导作出反应。在大麻HD-Zip基因家族中，每个基因启动子区域都包含顺式元件，其中光响应元件数量最多（图5），其次是激素样顺式元件。对大麻HD-Zip基因家族成员在不同组织部位的表达模式的分析显示，有23个基因在花中高表达（图6）。

图5. CsHD-Zip基因中顺式作用元件的分布。21个顺式作用元件在33个CsHD-Zip启动子区域的分布。这些元素用不同的符号来表示。

图6. CsHD基因的表达分析。

作者对花、茎、叶、苞片和种子等5个大麻组织位点的转录组进行了测序，发现33个大麻HD-Zip基因家族成员的表达在5个组织位点之间趋同（图7）。

图7. CsHD家族基因在大麻不同组织部位的差异表达分析。

总之，文章系统地研究了HD-Zip转录因子在大麻基因组中的序列特征、染色体定位、基因结构、保守序列、系统发育和差异基因表达等问题。这些结果表明，大麻中的HD-Zip基因具有组织特异性的表达，可能受到激素和外部环境因素的影响。本研究有助于更全面地了解大麻基因家族的生物学功能，为进一步研究HD-Zip基因功能和大麻品种的改良奠定基础。