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柑橘受极端气候和病虫害威胁，枳壳（Poncirus trifoliata）因独特抗寒性成重要研究材料。研究对其 NAC 转录因子开展全基因组分析，发现 PtrNAC2 在冷胁迫下显著诱导，VIGS 验证其负调控抗寒，为柑橘抗寒分子育种提供新靶点。
柑橘是全球重要经济作物，但其生长常面临极端气候（如高温、干旱、霜冻）和病虫害（如黄龙病）的严峻挑战。如何提高柑橘的抗逆性，尤其是耐寒性，成为制约产业可持续发展的关键科学问题。作为柑橘的近缘种，枳壳（Poncirus trifoliata）表现出独特的耐寒性，其天然同源四倍体变种相较于二倍体具有更强的胁迫适应能力，是解析木本植物抗逆机制的理想材料。然而，枳壳中 NAC（NAM、ATAF1/2、CUC2）转录因子家族在耐寒过程中的基因组特征、进化模式及功能调控网络尚不清楚，这极大限制了柑橘抗寒分子育种的进程。
为填补这一知识空白，华中农业大学的研究团队开展了枳壳 NAC 转录因子家族的系统性研究。相关成果发表在《BMC Plant Biology》，为揭示柑橘抗寒分子机制及培育抗寒新品种提供了重要理论依据。
研究采用了多种关键技术方法：通过全基因组分析鉴定枳壳 NAC 基因家族成员，利用系统发育分析、染色体定位、基因复制模式等解析其进化特征；结合转录组测序和 RT-qPCR 技术，分析 NAC 基因在冷胁迫下的表达模式；运用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术进行 PtrNAC2 基因的功能验证；通过测定电解质渗漏（EL）和 PSII 最大光化学效率（Fv/Fm）评估植株耐寒性表型。
研究结果
1. 枳壳 NAC 基因家族的全基因组特征
研究在枳壳基因组中鉴定出 135 个 PtrNAC 基因，染色体定位显示 57.78% 的基因集中分布于 3、4、5 号染色体，形成 20 个基因簇。基因复制分析表明，近端重复和串联重复是主要扩张机制，其中串联重复在柑橘谱系（IV、V、VII 亚家族）中特异性驱动基因扩增。共线性分析显示 24.44% 的 PtrNAC 基因保留在同源区域，Ka/Ks 比值分析证实纯化选择主导其进化过程。
2. 冷胁迫下的转录组动态与关键基因筛选
转录组分析发现，冷胁迫显著诱导多个 NAC 基因表达，其中 Pt5g024390（PtrNAC2）的诱导倍数最高，在 72 小时达到 25.6 倍。四倍体枳壳中 PtrNAC2 的表达量是二倍体的 2 倍以上，显示基因剂量效应与耐寒性的关联。
3. PtrNAC2 的功能验证
VIGS 实验表明，沉默 PtrNAC2 基因的植株在 - 4℃处理后，叶片萎蔫程度显著减轻，Fv/Fm 值下降幅度减少（15% vs 42.3%），电解质渗漏率降低 61%，证实 PtrNAC2 负调控枳壳的耐寒性。进一步分析发现，PtrNAC2 可能通过抑制冷响应基因转录、降低抗氧化酶活性或干扰 CBF 信号通路发挥作用。
4. 启动子顺式作用元件与调控网络
启动子分析鉴定出 83 种顺式作用元件，包括胁迫响应元件（如 ARE、TC-rich repeats）、激素响应元件（如 ABRE、GARE-motif）和光响应元件（如 Box 4），提示 PtrNAC 基因通过整合多重信号通路参与环境适应。
结论与意义
本研究系统解析了枳壳 NAC 转录因子家族的基因组分布、进化模式及冷胁迫响应机制，发现串联重复驱动的适应性扩张是其进化的关键特征，并首次证实 PtrNAC2 作为负调控因子参与耐寒性调控。这些结果不仅丰富了对木本植物抗逆基因网络的认识，也为柑橘抗寒分子育种提供了潜在靶点 —— 通过编辑 PtrNAC2 或调控其上下游通路，有望培育耐寒性增强的柑橘新品种。此外，研究揭示的多倍体基因剂量效应为利用染色体加倍技术改良作物抗逆性提供了新视角。
该研究整合基因组学、转录组学和功能遗传学手段，构建了枳壳耐寒性调控的分子框架，为多年生园艺作物的抗逆机制研究提供了重要方法论参考，也为应对全球气候变化下的柑橘产业挑战奠定了基础。
