在Populus simonii × P. nigra的Qu-1二倍体细胞系中对NAC基因家族进行的全基因组分析，以及该基因家族在脱落酸（ABA）处理下的表达模式研究

《BMC Plant Biology》：Genome-wide analysis of the NAC gene family in Qu-1 doubled haploid cell line from Populus simonii × P. nigra and expression patterns under abscisic acid (ABA) treatment

　　

摘要

背景

Populus simonii × P. nigra是一种具有强环境适应性的重要杂交杨树，但其脱落酸（ABA）相关反应的分子基础仍不清楚。杨树的高基因组杂合性也使得基因家族的鉴定和调控分析变得复杂。在这项研究中，我们使用了P. simonii × P. nigra的Qu-1双倍体细胞系（一种基因纯合的杨树系统）来表征NAC转录因子（TF）家族，并研究其对ABA处理的响应。

结果

共鉴定出129个Qu-1-PsnNAC基因，并将其分为10个亚组。系统发育、结构、染色体和共线性分析表明，这些基因在进化上是保守的，但在结构上存在多样性。启动子分析发现了丰富的激素和胁迫相关的cis作用元件，其中105个Qu-1-PsnNAC基因中含有353个脱落酸（ABA）响应元件。一致的是，富集的ACGT核心基序与ABA相关的bZIP基序（包括AREB3、ABF2和ABI5）高度匹配，进一步将Qu-1-PsnNAC的启动子与ABA响应的调控网络联系起来。对用100 μM ABA处理后的Qu-1悬浮培养细胞进行转录组分析（处理时间为0、0.5、4、12和24小时）显示，随着时间的推移发生了渐进性的转录重编程。有32个Qu-1-PsnNAC基因在一个或多个处理时间点显著上调。加权基因共表达网络分析（WGCNA）模块、基因本体论（GO）富集分析和启动子基序扫描的整合分析表明，一部分Qu-1-PsnNAC及其预测的下游基因可能参与ABA响应的调控过程。根据表达动态和网络支持，优先确定了6个关键候选基因。定量实时PCR（qRT-PCR）证实，这些基因在野生型（WT）P. simonii × P. nigra的芽、茎、叶和根中，在6个时间点（0、0.5、4、12、24和48小时）可被100 μM ABA诱导。其中，Qu-1-PsnNAC41和Qu-1-PsnNAC58表现出核定位和转录激活活性。

结论

本研究首次系统地描述了Qu-1双倍体杨树系统中的NAC基因家族，并建立了识别ABA相关NAC调控因子和潜在下游靶标的框架。这些发现扩展了我们对杨树中NAC介导的ABA反应的理解，并为提高树木的抗逆性提供了宝贵的遗传资源。