红花NAC转录因子CtNAC78的异位表达增强了拟南芥（Arabidopsis thaliana）的耐旱性

《GM Crops & Food》：Ectopic expression of safflower NAC transcription factor CtNAC78 enhances drought tolerance in Arabidopsis thaliana

　　提高向日葵CtNAC78基因在拟南芥中的过表达增强其抗旱性，通过生理指标检测和蛋白互作分析，发现该基因可减少氧化损伤、促进渗透调节物质积累，并与E3泛素连接酶CtE3相互作用。

　　干旱已成为影响作物产量的关键非生物胁迫因子，对全球农业生产构成严重威胁。在众多作物中，红花作为一种重要的经济作物，其产量和品质在干旱条件下会受到显著影响。此前的研究表明，干旱胁迫会显著上调红花中*CtNAC78*基因的表达。为了进一步探究*CtNAC78*在红花抗旱性中的作用，本研究利用转基因拟南芥模型，评估*CtNAC78*的过表达是否能增强植物的抗旱能力。研究结果表明，转基因拟南芥在干旱条件下表现出更好的生长状态，包括更高的抗氧化酶活性、更多的叶绿素和渗透调节物质积累，以及更低的丙二醛（MDA）和过氧化氢（H?O?）水平，这表明*CtNAC78*的过表达能够有效提升拟南芥的抗旱能力。

为了更深入地了解*CtNAC78*在红花抗旱性调控中的作用机制，本研究构建了一个来自干旱处理红花的cDNA文库。该文库的容量和滴度分别达到3.232×10? CFU和1.616×10? CFU/mL，具备良好的筛选条件。随后，通过酵母双杂交实验，鉴定了38个可能与*CtNAC78*相互作用的候选蛋白。进一步的酵母点样分析和双分子荧光互补（BiFC）实验表明，其中*CtE3*（泛素连接酶）是*CtNAC78*的主要互作蛋白。这些发现有助于进一步揭示*CtNAC78*在红花干旱适应中的调控网络。

红花作为一种具有广泛应用价值的作物，其抗旱性研究不仅对提高产量具有重要意义，还对保障粮食安全和应对气候变化具有现实意义。随着全球气候的变化，干旱的频率和强度不断增加，给农业生产带来了严峻挑战。在此背景下，理解作物在干旱胁迫下的基因表达调控机制，有助于开发更有效的抗旱策略。本研究通过转基因拟南芥模型，验证了*CtNAC78*在抗旱性中的积极作用，并通过酵母双杂交技术初步确定了其潜在的互作蛋白，为后续研究奠定了基础。

在植物中，抗旱性通常涉及一系列复杂的生理和生化变化，包括气孔关闭、渗透调节物质积累、叶片面积减少等。这些变化不仅有助于减少水分流失，还能提高细胞的抗逆能力。研究显示，转基因拟南芥在干旱条件下表现出更高的叶绿素含量和抗氧化酶活性，这表明*CtNAC78*可能通过增强光合作用效率和抗氧化能力，从而提高植物的抗旱性。此外，干旱会引发细胞内活性氧（ROS）的积累，进而导致细胞膜脂质过氧化、蛋白质变性等损伤。而*CtNAC78*的过表达显著降低了这些ROS的积累，同时提高了抗氧化酶的活性，这进一步验证了其在抗旱中的作用。

除了直接的生理反应，植物抗旱性还受到基因表达调控的影响。许多转录因子（TFs）在干旱胁迫下被激活，通过调控下游基因的表达来增强植物的抗逆能力。NAC家族转录因子因其在植物抗旱和抗逆性中的重要作用而备受关注。该家族成员通常具有高度保守的NAC结构域和更趋异的转录激活区（TAR），在植物的生长发育和环境响应中发挥关键作用。已有研究表明，多个NAC转录因子与干旱胁迫响应相关，如*ANAC019*、*JUNGBRUNNEN1*、*ONAC066*、*VvNAC17*等。这些转录因子通过调控抗逆基因的表达，影响植物的抗旱能力。然而，关于红花中NAC家族成员在抗旱性中的研究仍较为有限，因此本研究通过转基因拟南芥模型和酵母双杂交技术，首次揭示了*CtNAC78*的互作蛋白，并初步阐明其在干旱胁迫下的调控机制。

在实验方法上，本研究采用了一系列标准技术，包括转基因植物的构建、干旱胁迫处理、生理生化指标的检测、基因表达分析以及cDNA文库的构建和筛选。转基因拟南芥的构建基于*pCAMBIA3301-CtNAC78*过表达载体，通过农杆菌介导的转化方法引入目标基因，并通过BASTA喷洒和PCR检测筛选出稳定的转基因株系。随后，对转基因株系和野生型株系在干旱条件下的生长表现、叶绿素含量、抗氧化酶活性、渗透调节物质积累以及MDA和H?O?水平进行了系统分析。这些实验数据表明，*CtNAC78*的过表达显著提高了植物的抗旱能力。

此外，本研究构建的cDNA文库在质量评估中表现出良好的特性，包括完整的RNA提取、有效的mRNA分离、高纯度的cDNA制备以及广泛的插入片段大小分布。这些结果表明，所构建的文库具备良好的适用性，能够用于筛选与*CtNAC78*相互作用的蛋白。通过酵母双杂交实验，研究团队筛选出38个可能的互作蛋白，并进一步通过酵母点样分析和BiFC实验确认了其中*CtE3*的互作关系。这一发现为深入研究*CtNAC78*在红花抗旱性调控中的分子机制提供了重要线索。

从研究结果来看，*CtNAC78*可能通过与*CtE3*的相互作用，调控植物的抗旱相关基因表达。例如，*CtE3*作为泛素连接酶，可能在*CtNAC78*的泛素化和降解过程中发挥关键作用。在正常条件下，*CtNAC78*可能被*CtE3*识别并降解，而在干旱胁迫下，这种降解过程受到抑制，导致*CtNAC78*的积累，从而激活下游抗逆基因的表达。这种调控机制可能涉及多种信号通路，包括抗氧化应答、渗透调节和气孔调控等。通过提高抗氧化酶活性，*CtNAC78*能够有效清除ROS，减少细胞损伤；通过促进渗透调节物质的积累，*CtNAC78*有助于维持细胞的水势，增强植物对干旱胁迫的适应能力；同时，其可能通过调控气孔开闭，减少水分蒸发，提高植物的抗旱性。

综上所述，本研究不仅验证了*CtNAC78*在提高植物抗旱性方面的潜力，还通过构建和筛选cDNA文库，初步揭示了其潜在的互作蛋白。这些发现为理解*CtNAC78*在红花抗旱性中的分子机制提供了重要依据，也为进一步研究其调控网络奠定了基础。未来的研究可以进一步探索*CtNAC78*与*CtE3*的相互作用细节，以及其对下游基因表达的具体调控方式。此外，还需要通过更多的实验手段，如共免疫沉淀（Co-IP）和拉下实验，验证这些蛋白互作的可靠性。同时，可以结合其他调控因子，进一步解析*CtNAC78*在植物抗旱性中的整体作用网络。这些研究不仅有助于提高红花的抗旱性，也为其他作物的抗逆性研究提供了借鉴和参考。