全基因组鉴定楠木UGT基因家族揭示PbUGT73EC3参与干旱胁迫响应的分子机制

本研究针对楠木(Phoebe bournei)在干旱胁迫下的适应机制，通过全基因组鉴定151个UGT基因并系统命名，发现PbUGT73EC3通过糖基化修饰促进黄酮醇-3-O-芸香糖苷(kaempferol-3-O-rutinoside)积累，显著提升SOD/POD/CAT活性并降低MDA/H2O2含量，为楠木抗旱分子育种提供新靶点。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为限制植物生长的重要环境因子。楠木(Phoebe bournei)作为我国特有的珍贵树种，其经济价值和生态意义不言而喻，但极端干旱严重制约了其人工林发展。植物在长期进化中形成了复杂的抗旱机制，其中糖基化转移酶(UGT)介导的代谢调控备受关注——这类酶能通过糖基化修饰改变次生代谢物的活性和稳定性，但楠木中UGT基因家族的功能研究仍属空白。

为解析楠木抗旱分子机制，研究人员开展了系统性研究。通过全基因组鉴定获得151个含PSPG保守结构域的PbUGT基因，系统发育分析将其分为22个亚家族。启动子顺式元件分析发现大量MYB/MYC等胁迫响应元件。转录组与qPCR联合分析锁定UGT73等5个亚家族在PEG模拟干旱中显著上调，其中PbUGT73EC3表达量提升6.6倍。

研究采用多组学技术：基于HMMER和BLAST的基因家族鉴定、系统发育树构建、染色体共线性分析；通过农杆菌介导的遗传转化在拟南芥、烟草和楠木毛状根中过表达PbUGT73EC3；利用HPLC检测黄酮醇衍生物含量；结合抗氧化酶活性测定和生理表型分析评估抗旱性。

研究结果揭示：染色体定位显示PbUGT基因不均匀分布，片段复制和串联复制是家族扩张的主要驱动力。PbUGT73EC3在细胞核、细胞质和细胞膜均有定位。过表达该基因使三种转基因系统中kaempferol-3-O-rutinoside含量显著增加，而kaempferol-3-O-glucoside无变化。转基因拟南芥在自然干旱下表现出更强生存能力，SOD/POD/CAT活性分别提高2.14/1.68/1.41倍，MDA和H₂O₂含量降低70.67%和47.50%，叶片失水速率显著减缓。

讨论部分指出，这是首次在楠木中揭示UGT73亚家族通过特异性催化黄酮醇糖基化增强抗旱性的机制。PbUGT73EC3可能通过双重途径发挥作用：一是促进kaempferol-3-O-rutinoside积累增强ROS清除能力；二是激活抗氧化酶系统协同减轻氧化损伤。该研究不仅完善了木本植物UGT基因家族的理论体系，更为楠木抗旱育种提供了重要候选基因。未来可进一步解析PbUGT73EC3的上游转录调控网络，并通过基因编辑等技术验证其在原生宿主中的功能，推动研究成果向育种实践转化。

论文创新性体现在：建立首个楠木UGT基因家族数据库；发现UGT73EC3对黄酮醇糖基化修饰的特异性；首次在三种转基因系统中验证基因功能。这些发现为理解植物通过糖基化代谢调控适应逆境的分子机制提供了新视角，对保障我国珍贵树种资源安全具有重要战略意义。