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本研究聚焦于烟草SWEET基因家族，揭示其在干旱和盐碱胁迫下的响应机制，发现NtSWEET12i通过增强可溶性糖运输、ABA信号传导、脯氨酸生物合成和ROS清除来提高烟草的耐受性，为作物抗逆性改良提供新思路。
全球气候变化导致干旱和盐碱等非生物胁迫加剧，严重威胁作物生产力和全球粮食安全。为了应对这一挑战，中国农业科学院烟草研究所的研究人员对烟草中的SWEET基因家族进行了系统鉴定和功能分析，揭示了NtSWEET12i在增强烟草耐受干旱和盐碱胁迫中的关键作用。研究结果发表在《BMC Plant Biology》上，为深入理解植物抗逆性机制提供了重要依据。
植物在生长过程中面临着各种环境胁迫，其中干旱和盐碱胁迫是影响作物产量的主要因素之一。随着全球气候变暖，这些胁迫问题愈发严重，给农业生产带来了巨大挑战。为了提高作物的抗逆性，研究人员一直在努力探索植物应对胁迫的分子机制。近年来，SWEET基因家族在植物糖运输和逆境响应中的作用逐渐受到关注。然而，关于烟草中SWEET基因家族的功能研究还相对较少。
研究人员通过对烟草基因组进行分析，鉴定出57个NtSWEET基因，并对其理化性质、染色体定位、系统发育关系、基因组结构、启动子顺式作用元件、蛋白互作网络、组织特异性和表达模式进行了系统分析。研究发现，NtSWEET12i在干旱和盐碱胁迫下表达显著上调，并通过增强可溶性糖运输、ABA信号传导、脯氨酸生物合成和ROS清除来提高烟草的耐受性。
在研究过程中，研究人员采用了多种关键的技术方法，包括基因组鉴定、RNA-seq数据分析、qRT-PCR验证、亚细胞定位分析、转基因烟草的生成以及生理指标测定等。这些方法为揭示NtSWEET12i的功能提供了有力支持。
研究背景与意义
全球气候变化加剧了干旱和盐碱等非生物胁迫对作物生产力的负面影响，威胁到全球粮食安全。因此，鉴定和研究植物中与胁迫相关的基因对于提高作物的抗逆性至关重要。SWEET基因家族在植物糖运输、激素信号传导和逆境响应中发挥着重要作用，但其在烟草中的功能尚不清楚。本研究旨在系统鉴定烟草中的SWEET基因家族，并分析其在干旱和盐碱胁迫下的功能。
研究方法
研究人员首先从烟草基因组数据库中鉴定出57个NtSWEET基因，并对其理化性质、染色体定位、系统发育关系等进行了分析。接着，利用RNA-seq数据和qRT-PCR技术分析了这些基因在不同组织和胁迫条件下的表达模式。此外，研究人员还构建了NtSWEET12i的转基因烟草，并对其在干旱和盐碱胁迫下的生理响应进行了测定。
研究结果
基因鉴定与分析：研究人员鉴定出57个NtSWEET基因，其编码序列长度和氨基酸组成差异较大，表明这些基因在烟草中可能具有功能冗余和亚/新功能化。
染色体定位与系统发育分析：NtSWEET基因在17条染色体上随机分布，且存在多个串联和片段重复事件，这可能是该基因家族扩张的主要方式。
基因表达分析：在干旱、盐碱和ABA处理下，多个NtSWEET基因的表达显著上调，尤其是NtSWEET12i。
NtSWEET12i的功能验证：通过转基因技术，研究人员发现NtSWEET12i过表达的烟草植株在干旱和盐碱胁迫下表现出更好的生长状态，其可溶性糖和ABA含量显著增加，脯氨酸含量和抗氧化酶活性也有所提高，而活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）含量则显著降低。
研究结论与讨论
本研究揭示了NtSWEET12i在增强烟草耐受干旱和盐碱胁迫中的关键作用。NtSWEET12i通过直接增加可溶性糖运输和间接调节ABA信号传导相关基因（如NtNCED3、NtABI1、NtRD26和NtRD29）、脯氨酸生物合成相关基因（如NtP5CS）以及ROS清除相关基因（如NtSOD和NtAPX3）的表达来提高烟草的抗逆性。这一发现不仅为深入理解SWEET基因家族在植物逆境响应中的功能提供了新的视角，而且为培育抗逆性强的作物品种提供了潜在的基因资源。
