烟草NAC转录因子家族全基因组鉴定及NtNAC236在干旱胁迫中的功能解析

本研究针对烟草干旱胁迫响应机制不明的问题，通过全基因组鉴定NAC转录因子家族，发现NtNAC236是核心干旱响应基因。过表达实验证实其通过调控458个靶基因（富集于苯丙烷生物合成等通路）和43个共表达网络基因增强抗旱性，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

随着全球气候变暖加剧，干旱已成为限制烟草生长和品质的关键环境因素。作为重要的经济作物和模式植物，烟草的干旱响应机制研究对农业生产和基础研究均具重要意义。NAC转录因子（TF）是植物中最大的TF家族之一，其成员在多种非生物胁迫响应中发挥核心作用，但烟草NAC家族的系统鉴定及功能研究仍存在基因组质量低、功能验证不足等瓶颈。

中国烟草总公司贵州省公司等机构的研究人员利用最新染色体级别烟草基因组（N50>10 Mb），通过HMMER和BLASTP鉴定出266个NAC基因，其中NtNAC236与拟南芥抗旱基因ANAC019/055/072同源且表达量最高（干旱处理后TPM值显著提升，p=0.006）。通过农杆菌介导的遗传转化获得过表达株系（OE-line），发现其抗旱性显著增强：干旱处理14天后，野生型（WT）叶片严重萎蔫，而OE-line仅轻微萎蔫；生理指标显示OE-line的SOD、CAT活性及Pro含量更高，MDA积累更少。亚细胞定位证实NtNAC236定位于细胞核，符合其转录调控功能。

研究采用多组学整合分析揭示作用机制：

1. 转录组测序（Illumina HiSeq 4000平台，2×150 bp）发现OE-line中961个差异表达基因（DEGs），其中402个为干旱特异性响应基因，富集于植物激素信号转导（如MAPK通路）和苯丙烷生物合成等通路。
2. 共表达网络（WGCNA）筛选出44个与NtNAC236协同调控的基因，包括7个干旱响应基因（6个编码蛋白酶抑制剂，如Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制剂Ntab04g012320）。
3. DAP-seq鉴定出34,427个结合峰，近端启动子区（±3 kb）发现458个干旱响应靶基因，其结合motif为AAA/TTA/TAGG等。靶基因显著富集于次级代谢产物合成通路，如GA20ox1（Ntab02g014980.1）和SK（Ntab11g007640.1）。

关键技术包括：

• 基于PacBio/Nanopore和Hi-C的高质量基因组注释
• 转基因烟草构建（农杆菌LBA4404介导）
• 多组学分析（RNA-seq、WGCNA、DAP-seq）
• 生理指标检测（SOD/MDA/Pro/CAT）

研究结论：

1. NtNAC236通过直接调控458个靶基因（13.52%位于启动子区）和间接影响共表达网络（如DNAJ蛋白基因）增强抗旱性。
2. 关键通路涉及苯丙烷生物合成（如木质素沉积）和蛋白酶抑制剂调控（维持细胞稳态）。
3. 首次在烟草中建立NAC-TF-靶基因-表型的完整调控链条，为分子设计育种提供新策略。

该成果发表于《Genomics》，不仅填补了烟草NAC家族系统研究的空白，更为作物抗逆遗传改良提供了可操作的分子模块。未来可通过多基因叠加（pyramiding）和田间试验进一步验证其应用价值。