关于甜叶菊（Stevia rebaudiana）中NAC基因家族的结构、进化和功能方面的研究，以及鉴定调控甜菊糖苷生物合成的关键基因

《BMC Plant Biology》：Structural, evolutionary and functional insights into the NAC gene family in Stevia rebaudiana and identification of important genes regulating steviol glycosides biosynthesis

甜叶菊NAC转录因子家族共包含113个基因，通过系统发育、基因结构和保守基序分析分为14亚类，显示强 purifying selection。RNA-seq和WGCNA共表达网络分析发现9个糖苷合成通路基因与25个甜叶菊NAC基因显著共表达，其中SrNAC21、22、52与DXS、HDR、ent-KS、UGT85C2、UGT76G1形成强关联。qPCR和HPTLC定量验证了这些NAC基因对木糖醇苷合成的调控作用，为代谢工程优化提供理论依据。

　　

摘要

背景

NAC（NAM、ATAF1/2和CUC2）蛋白是最大的转录因子家族之一，特异性存在于植物中，对调控植物的生长、发育和次生代谢产物的产生起着关键作用。甜叶菊（Stevia rebaudiana Bertoni）因其叶片中含有天然甜味剂——甜菊糖苷（SGs）而成为一种高价值的作物。识别能够协同影响SG产生的关键NAC基因对于通过基因组辅助手段进行甜叶菊育种至关重要。

结果

在这项分析中，共发现了113个SrNACs，并将其分为14个亚组，这种分类通过它们的系统发育关系、基因结构和保守基序模式得到了验证。较低的Ka/Ks比率表明这些基因经历了强烈的纯化选择，突显了它们的高度蛋白质保守性和功能限制。基因共线性研究表明，这些基因与Helianthus annuus中的相应基因具有最高的共线性。为了探索功能关联，RNA-seq分析与WGCNA结合，识别出9个与25个SrNACs共表达的途径基因（DXS、DXR、HDR、GGDPS、ent-KS、UGT85C2、UGT91D2、UGT74G1和UGT76G1），并揭示了一个可能参与SG生物合成的广泛共调控网络。此外，基于qPCR的三个候选SrNACs（SrNAC21、SrNAC22和SrNAC52）的表达谱分析显示，它们与五个SG生物合成途径基因（DXS、HDR、ent-KS、UGT85C2和UGT76G1）之间存在强相关性。这些趋势通过HPTLC对不同样本中的SGs进行定量分析得到了进一步验证。

结论

SrNAC21、SrNAC22和SrNAC52可能作为SG生物合成的关键调节因子，因为它们与五个SG生物合成途径基因（DXS、HDR、ent-KS、UGT85C2和UGT76G1）具有强相关性，这表明它们具有潜在的调控作用。这项关于SrNACs的首次全面研究为了解它们在SG生物合成中的作用提供了重要见解，为未来的功能表征和增强S. rebaudiana的代谢工程奠定了基础。