通过对五叶参（Gynostemma pentaphyllum）中NAC转录因子家族的全面基因组范围挖掘和特征分析，发现GpNAC68是转基因拟南芥（Arabidopsis）耐旱性的正向调控因子

《BMC Plant Biology》：Comprehensive genome-wide mining and characterization of the NAC transcription factor family in Gynostemma pentaphyllum identifies GpNAC68 as a positive regulator of drought tolerance in transgenic Arabidopsis

　　

摘要

背景

NAC（NAM、ATAF1/2、CUC2）转录因子（TFs）在植物生长、发育和非生物胁迫响应中起着关键调节作用，在作物耐逆育种中具有巨大应用潜力。Gynostemma pentaphyllum（Thunb.）Makino 是葫芦科中一种具有重要药用价值的物种，其药用价值和产量直接取决于其抗逆能力。然而，目前尚未对 G. pentaphyllum 中的 NAC 转录因子家族进行全基因组系统的特征分析和功能验证，这严重限制了对其抗逆调控机制的理解以及分子育种的进展。

结果

本研究从 G. pentaphyllum 基因组中鉴定出 86 个全长 GpNAC 基因，并将其系统地分为 21 个保守亚组。通过后续的基因结构分析和保守基序鉴定验证了这一分类的可靠性。共线性分析表明，片段重复而非串联重复是 GpNAC 家族扩增的核心驱动力，所有重复基因对在进化过程中都经历了强烈的纯化选择。组织特异性表达谱分析显示，GpNAC 基因广泛参与 G. pentaphyllum 的生长发育，其中大多数基因在根、花和果实中表现出优先表达模式。植物激素响应性分析表明，大多数 GpNAC 基因对脱落酸（ABA）、甲基茉莉酸（MeJA）、乙烯（ETH）和褪黑素（MT）具有响应性，其中有 8 个基因同时被这四种激素诱导。此外，异源过表达 GpNAC68 显著增强了转基因 Arabidopsis 的耐旱性。这种功能表型是通过抑制活性氧（ROS）积累、保持细胞膜完整性以及上调核心耐旱响应基因的表达实现的。

结论

总之，本研究首次对 G. pentaphyllum 中的 NAC 转录因子家族进行了全面的全基因组特征分析，筛选出了该药用物种耐逆育种的关键候选基因，并为葫芦科植物中 NAC 家族的进化动态提供了新的见解。