HvSNAC1 基因功能新发现：调控气孔动态与大麦干旱适应性

为探究 HvSNAC1 基因功能，研究人员对大麦突变体展开研究，发现其影响气孔相关基因，助力理解植物抗逆机制。

　　## HvSNAC1 基因功能新发现：调控气孔动态与大麦干旱适应性
在全球气候变化的大背景下，干旱成为了农业生产的一大挑战。干旱胁迫会严重损害作物生长，导致产量下降，这对于粮食安全来说是一个巨大的威胁，尤其是那些易受气候变化影响的地区。

在植物应对干旱的过程中，气孔运动的有效调节至关重要。气孔就像是植物叶片上的 “小窗户”，通过开闭控制着水分蒸发和气体交换。而 SNAC1（stress-responsive NAC1）作为 NAC 转录因子家族的成员，在气孔运动调节中扮演着关键角色。然而，目前关于通过诱变产生的 SNAC1 基因突变体对干旱胁迫的响应，相关信息还十分有限。

为了深入了解 HvSNAC1 在应对干旱时的分子机制，波兰西里西亚大学（University of Silesia）的研究人员开展了一系列研究。他们的研究成果发表在《Journal of Applied Genetics》上，为我们揭示了 HvSNAC1 基因的重要功能，对提高作物的干旱耐受性有着重要意义。

研究方法

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：

1. TILLING 技术：利用该技术对大麦品种‘Sebastian’进行诱变，筛选出 HvSNAC1 基因的突变体。
2. RNA 测序（RNA-seq）：对突变体和野生型植株在不同条件下进行转录组分析，以确定差异表达基因（DEGs）。
3. 酵母单杂交实验：验证 HvSNAC1 与特定顺式调控元件的结合能力，从而确定其潜在的靶基因。

研究结果

1. 突变体筛选与鉴定：研究人员通过 TILLING 策略，在 6021 株M2?植株中筛选出了 19 个 HvSNAC1 基因突变体。这些突变体中，有 16 个位于外显子区域，其中 12 个导致氨基酸改变。根据突变对蛋白质功能的影响预测，选取了 hvsnac1.d 和 hvsnac1.e 两个突变体进行后续研究。这两个突变体分别在 NAC 蛋白的不同区域发生氨基酸替换，可能影响 HvSNAC1 蛋白的功能12。
2. 顺式元件分析：对 HvSNAC1 基因启动子序列进行分析，发现其中存在多种与激素响应、胁迫响应和光响应相关的顺式元件。这表明 HvSNAC1 可能参与不同的胁迫和激素响应途径，以及光响应和分生组织功能3。
3. 突变体生理特性分析：在干旱胁迫下，hvsnac1.e 突变体的叶片相对含水量（RWC）比野生型‘Sebastian’高 6%。同时，两个突变体在气孔密度、大小和形态上与野生型存在差异。例如，hvsnac1.d 突变体在干旱胁迫下气孔密度增加，气孔长度变长；hvsnac1.e 突变体在干旱胁迫下气孔密度增加，气孔宽度变窄。此外，突变体对 ABA 的敏感性也发生了变化，表现为气孔关闭更快且持续时间更长，气孔 reopening 受到影响456。
4. 转录组分析：通过 RNA-seq 分析，研究人员在 hvsnac1.d 和 hvsnac1.e 突变体中分别鉴定出 4333 个和 1901 个干旱响应的差异表达基因。在这些基因中，一些与细胞壁组织相关的基因，如 HvEXPA8（expansin 8）、HvXTH（xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase）和 HvPAE9（pectin acetylesterase 9），可能受 HvSNAC1 调控。这些基因的表达变化可能与气孔密度和大小的改变有关810。
5. 酵母单杂交实验验证：利用酵母单杂交实验，证实了 HvSNAC1 能够在体外结合含有 CACG 序列的启动子片段，表明 CACG 序列是 HvSNAC1 的顺式调控基序，进一步支持了转录组分析中发现的潜在靶基因的调控关系79。

研究结论与讨论

本研究通过对大麦 HvSNAC1 基因突变体的研究，发现突变体在干旱条件下气孔密度和大小发生改变，且气孔 reopening 受损。RNA-seq 分析揭示了 HvSNAC1 在干旱响应中的作用，它可能通过调节与细胞壁组织相关的基因来影响气孔的发育和功能。此外，hvsnac1.d 突变体在干旱胁迫下氮平衡指数降低，表明 HvSNAC1 可能还参与植物氮代谢的调控。

这些发现增加了我们对 SNAC1 依赖的植物对非生物胁迫响应机制的理解。然而，研究还存在一些局限性，例如需要进一步确认 HvSNAC1 与潜在靶基因启动子之间的相互作用，以及这些调控关系在不同环境条件下的稳定性。未来的研究可以在此基础上深入开展，为提高作物的干旱耐受性提供更坚实的理论基础和实践指导。