文/编辑：亨霖研究所
一、
研究背景
栽培花生(花生)是世界范围内重要的经济油料作物，用于提供植物油和人类营养所需的蛋白质，在花生植物的生长期，它们的产量受到一些环境因素的不利影响，如盐和干旱胁迫，这些因素阻止植物实现其全部遗传潜力。
筛选抗逆品种是实现作物产量目标的重要保证，抗病基因的鉴定和利用是培育新品种的基础，转录因子(TFs ),通过与特异性结合在激活或抑制基因表达中发挥作用独联体-靶功能基因启动子内的作用元件，调节许多生物过程。
作为最大的植物特异性TF家族之一的成员，NAC[无顶端分生组织(NAM)、拟南芥转录激活因子(ATAF1/2)和杯状子叶(CUC2)]蛋白已被证明调节几种生物过程，包括对盐和干旱胁迫的反应。
值得注意的是，NAC转录因子被认为对植物适应土地非常重要[9].NAC蛋白通常在N-末端具有保守的NAM结构域，在C-末端具有高度可变的结构域，后者与特定的生物学功能相关。
NAC家族基因已经在多种植物物种中被广泛研究，包括裸子植物和胚胎植物然而，直到最近，对花生NAC家族基因及其对盐和干旱胁迫的响应模式的综合分析仍然有限，越来越多的证据表明NAC蛋白参与植物的生物和非生物反应。
例如，白杨树NAC13基因在盐胁迫反应中起着至关重要的作用，小麦的过量表达网络准入控制 (塔纳克尔-D1)增强对镰孢菌头疫病的抗性, TaNAC30负调节小麦对条锈病的抗性，以及TaNAC29可通过增强抗氧化系统提供盐胁迫耐受性。
过度表达TsNAC1来自盐生植物盐芥显示出提高非生物胁迫抗性，尤其是盐胁迫耐受性， SlNAC35从番茄里能促进盐和干旱胁迫下的根系生长和发育，还有米饭ONAC033是由干旱诱导的，并且可以在转基因植物中提供对盐和干旱胁迫的强抗性。
在花生中，已知NAC TFs参与对非生物胁迫的反应。举个例子，氰化氢和氰化氢可以提高转基因植物的耐盐性和耐旱性拟南芥和*草烟**, ，以及氰化氢赋予转基因*草烟**增强的耐旱性。
此外，过度表达的MuNAC4来自马图转基因显示赋予转基因花生增强的耐旱性。
异源四倍体的基因组A.地下世界(AABB)和它的两个野生二倍体祖先杜兰花生(AA)以及伊帕花生(BB)最近被测序，两个二倍体花生物种的A和B基因组与栽培花生的A和B亚基因组相似，可用于鉴定候选抗性基因。
基因组信息的可用性为进行NAC基因的全基因组分析和探索花生生物和非生物反应中涉及的潜在基因提供了机会，随着RNA测序(RNA-seq)成本的降低，转录组测序已成为分析差异表达基因的强大高通量敏感技术。
已经发表了几个花生RNA-seq数据集，其包含关于不同组织或对不同治疗的反应的信息例如，从22个不同的组织和二倍体花生物种的发育阶段产生的RNA-seq数据A.杜兰尼和A.伊帕恩斯使得分析花生NAC同源物表达谱变得方便。
还分析了响应盐和干旱胁迫的差异基因表达，这有助于鉴定参与盐和干旱响应的NAC基因。
在本文中，我们介绍了野生花生基因组NAC基因及其在栽培花生盐和干旱胁迫下的直向同源基因的全基因组鉴定和表征结果。我们分析了它们的系统发育关系、结构特征、染色体位置和基因直向同源基因对。
我们还基于RNA-seq数据确定了它们在不同组织中以及对盐和干旱胁迫的响应中的表达特征，鉴定出17个基因参与了栽培花生对盐和干旱胁迫的反应，这些结果通过定量逆转录PCR (RT-qPCR)得到了证实。
本研究旨在为花生NAC蛋白的进一步功能分析提供理论基础，并探索与栽培花生盐和/或干旱胁迫响应相关的同源NAC基因。
二、
研究讨论
花生NAC基因
NAC基因是最大的植物TF家族成员之一，在许多胁迫反应中起着关键作用，NAC基因家族已经从几种植物基因组中得到表征然而，我们对NAC基因知之甚少落花生物种。
栽培花生A.地下世界起源于两个二倍体野生花生的杂交,野生花生的A和B基因组A.杜兰尼(AA)以及A.伊帕恩斯(BB)与栽培花生(AABB)的A和B亚基因组高度相同。
二倍体野生花生比异源四倍体栽培花生(包含A和B亚基因组)更便于基因克隆，因为二倍体仅包含一个基因组(AA或BB)，野生花生22种不同组织类型的可用RNA-seq数据杜兰曲霉和ipaensis为基因表达谱分析提供了方便。
因此，在本研究中，我们对野生花生NAC TFs进行了全基因组分析，并探索了其同源基因在栽培花生盐和干旱胁迫响应中的潜在功能，栽培花生NAC基因的信息(例如染色体位置、基因结构、组织表达谱)可以从本研究的野生花生的直向同源基因中推断出来。
从野生花生物种中总共鉴定出81、79和164个NAC TFs杜兰曲霉, A.伊帕恩斯和栽培花生A.地下世界，在每个直系同源物中发现了两个或更多的花生NAC基因拟南芥。
的详细信息落花生NAC基因家族，包括型号名称、位置、核苷酸长度、分子量和理论pI，以及拟南芥表中列出了直系同源词1和附加文件3。
先前的研究表明，四倍体花生中具有生物胁迫抗性基因特征的核苷酸结合位点(NBS)结构域的数量小于它们之间的总和A.杜兰尼和A.伊帕恩斯并导致栽培花生丧失部分抗性。
然而，在我们的研究中，164名新生婴儿地下葡萄几乎是野生动物的总和A.杜兰尼(81)和A.伊帕恩斯(79).这种扩张可能是由多种基因复制事件引起的，包括人类基因组的全基因组复制落花生谱系后跟多个片段和串联复制事件。
这些结果与栽培棉花中NAC的结果一致海岛棉和两种二倍体棉花品种，瑞农棉和亚洲棉 ，先前的研究表明NAC基因的参与在转录调控中发挥主要功能。
因此，我们推测NACs可能通过调节抗逆相关基因或蛋白来发挥功能，而不是像“开关”一样发挥功能。栽培花生中NAC基因的数量(164个)大于其他植物物种(例如，105个)拟南芥，大米中的141，大豆中的101，约为1998年的1.56倍拟南芥，类似的结果在杨属 。
NAC基因密度杜兰曲霉, A.伊帕恩斯和地下葡萄(0.07/Mb，0.05/Mb，0.06/Mb)低于拟南芥(0.87/Mb)和大米(0.37/Mb) ，这可能归因于落花生大基因组大小，这表明基因组大小和NAC家族成员的数量并不总是相关的。
这些NAC基因不均匀地分布在每一个落花生染色体，每个染色体上的数目从1到17不等，这表明染色体长度和NAC基因的数目之间没有正相关。
一些NAC基因，如AdNAC58, AdNAC57和AdNAC30倾向于位于染色体上的簇中，因此这些基因可能协同起作用。
系统发育分析和表达谱落花生盐和干旱胁迫下的NAC基因
我们对以下物种进行了系统发育分析落花生NAC与单子叶植物(水稻)和双子叶植物(拟南芥)模式植物物种，以研究进化关系和预测干旱或盐响应基因。
这些NAC被分为18个亚组，这与以前的分析结果基本一致，值得注意的是，NAC-p亚科包括36种水稻网络准入控制但是只有一个AdNAC和1拟南芥NAC，这表明它们可能是在水稻中获得的，也可能是在水稻中丢失的拟南芥和落花生当他们与共同的祖先分离时。
相反，在NAC-n亚家族中没有水稻NAC基因，表明这一亚群的多样化和扩展发生在单子叶和双子叶植物分化之后。这种现象在萝卜中也有发现，杨属和其他物种。
如果AdNAC和AiNAC基因在系统进化树中成对聚集，基因对被认为是直向同源基因，本研究从两个野生花生中鉴定了51个同源基因AdNAC和AiNAC基因，占整个家族的57%以上，序列同一性范围为61-99，46个基因位于共线位点，并在A.杜兰尼和A.伊帕恩斯染色体。
几个推定的直向同源基因对表现出低编码DNA序列(CDS)或低蛋白质同一性，这可归因于源于基因组测序错误的错误外显子-内含子剪接(例如，AdNAC55和它的直系同源词AiNAC10)。
来自两个野生花生物种的几个NAC基因没有位于相应的染色体区域，这表明在二倍体基因组中发生了大的染色体重排，直系同源基因通常表现出相似的特征和表达模式。
源自两个野生物种的栽培物种的直向同源NAC基因的功能可能是多余的，举个例子，AdNAC54和AiNAC13来自亚家族VIII的具有3个外显子并共享相同的保守基序。
两者都在根瘤和花中高表达，但在其他器官中表达水平相对较低，这与其相应的结果相似拟南芥直系同源物氰化钠其在根和花中表达，调节盐胁迫反应和侧根发育。
此外，ANAC2也可由脱落酸(ABA)、1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和1-萘乙酸(NAA)诱导，它们在栽培花生中相应的直向同源基因可能共同起作用来自不同植物物种的直向同源基因显示出归入一个亚组的趋势，并且共享相似的功能。
许多NAC基因的功能特征在于拟南芥和它们的同源基因落花生在本研究中确定，结合系统发育的结果，有可能根据花生NAC基因的功能来预测其功能拟南芥和水稻直系同源物，它们也可以潜在地用于进一步的功能研究。
举个例子，AdNAC77, AiNAC9，以及AiNAC35，连同他们的拟南芥直系同源基因，ANAC19(At1g52890)基因聚集成相同的NAC-g亚家族的表情ANAC19是由干旱、高盐和脱落酸(ABA)诱导的。
在同一个亚科中，表达拟南芥ANAC55(At3g15500)和ANAC72(At4g27410)也受干旱和高盐诱导，因此我们推测AdNAC77, AiNAC9，以及AiNAC35是干旱和高盐反应基因，在不利的生长条件下调节花生的存活。
毫不奇怪，AhNAC87(的直系同源基因AdNAC77和AiNAC35在栽培花生中)在盐和干旱处理下被诱导。)，基于RT-qPCR的结果证实，在栽培花生中AhNAC87在盐和干旱胁迫处理下都上调。
此外，拟南芥ANAC2(At1g01720，也称为ATAF1)，它与AdNAC22，是由干旱胁迫诱导的，他们的直系亲属的表达AhNAC37根据比较RNA-seq分析，在干旱胁迫下上调约27.5倍，这些发现有力地支持了落花生NAC基因可以从这些直向同源基因中推导出来拟南芥还有米饭。
结论
在目前的研究中，综合分析包括系统发育，染色体定位，基因结构，保守基序，独联体-启动子区域内的作用元件，以及两个二倍体中NAC基因家族成员的表达谱落花生物种被执行。
这些结果为今后的研究提供了有益的基础落花生NAC基因。在基于RNA-seq和RT-qPCR的比较分析的基础上，我们还鉴定了参与干旱和/或盐胁迫反应的NAC基因，这可能潜在地用于花生改良。
