山核桃Dof转录因子家族全基因组鉴定及CiDof22在干旱胁迫中的功能解析

本研究针对山核桃(Carya illinoinensis)中Dof转录因子功能未知的问题，通过全基因组鉴定获得48个CiDof基因，结合系统进化、顺式元件和表达谱分析，发现CiDof22通过核定位特性显著响应干旱胁迫，瞬时表达实验证实其能上调NbCAT3等抗旱基因表达，为木本植物抗旱分子育种提供新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱已成为制约木本植物生长和农业生产的全球性难题。山核桃作为兼具经济价值和生态效益的重要坚果树种，其抗旱机制研究却长期滞后。尤其令人困惑的是，植物特有的Dof（DNA-binding with one finger）转录因子家族虽在其他物种中被证实参与逆境响应，但在山核桃中的功能仍是一片空白。

安徽农业大学林草资源与培育安徽省重点实验室的研究团队在《Plant Stress》发表的最新研究，首次完成了山核桃Dof基因家族的系统解析。研究人员采用BLASTp和HMMER从基因组中鉴定出48个CiDof成员，通过多组学联合分析揭示CiDof22的核心抗旱功能。研究运用了全基因组生物信息学分析、系统发育树构建（MEGA7.0）、启动子顺式元件预测（PlantCARE）、转录组测序（PRJNA743302）、亚细胞定位（pCAMBIA1305-GFP载体）和烟草瞬时表达（10% PEG6000模拟干旱）等关键技术，其中山核桃"Pawnee"品种幼苗作为实验材料。

研究结果部分：

3.1 基因家族鉴定

发现48个CiDofs的编码序列长度差异显著（474-1,515 bp），等电点跨度达4.40-11.37，其中CiDof31分子量最小（17.62 kDa），CiDof12最大（54.34 kDa）。

3.2 进化与染色体分布

系统发育树将CiDofs与拟南芥、苹果Dof分为8个亚族，染色体定位显示基因在2号和10号染色体分布最密集（各6个），而3号等染色体仅含1个成员。

3.3 基因结构与保守基序

所有成员均含特征性motif1，亚族特异性基序明显，如A亚族独有motif9。基因结构高度保守，E亚族全为单外显子，C/G亚族含1个内含子。

3.4 顺式调控元件

启动子区富含光响应（占比最高）、ABA和MeJA响应元件，以及干旱、低温等逆境相关调控模块。

3.6-3.7 表达模式分析

转录组和qRT-PCR共同锁定CiDof22等8个基因响应干旱，其中CiDof22表达量随胁迫时间持续上升，10天时达峰值。

3.8-3.10 功能验证

CiDof22被证实为核定位蛋白且无自激活活性。在烟草中过表达该基因后，抗旱标记基因NbDreb2a、NbSOS1等表达显著上调。

这项研究不仅填补了木本植物Dof转录因子功能研究的空白，更创新性地揭示了CiDof22通过调控下游抗旱基因网络增强植物耐旱性的分子机制。研究建立的48个CiDof基因数据库为后续功能挖掘提供资源宝库，而CiDof22作为抗旱候选基因的发现，为分子设计育种提供了精准靶点。特别值得注意的是，该研究采用的"瞬时表达+PEG模拟干旱"技术体系，为木本植物基因功能快速验证提供了可借鉴的方案。随着全球干旱加剧，这些发现对保障坚果产业可持续发展具有重要战略意义。