现代甘蔗栽培种由热带种和割手密种杂交而来，均为多倍和非整倍体，遗传背景复杂。一方面，叶片是甘蔗光合作用的主要器官，其提前衰老直接影响光合作用与糖分积累。另一方面，NAC转录因子是陆生植物中最大的转录因子家族之一，广泛参与叶片衰老、细胞死亡和果实成熟等生物学过程。然而，NAC1亚家族在甘蔗中的功能及其调控叶片衰老的分子机制尚不清楚。
近日， 福建农林大学王恒波团队联合中国热带农业科学院阙友雄团队在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Natural cis-regulatory variation in the sugarcane NAC1-2 promoter accelerates leaf senescence”的研究论文，系统揭示了甘蔗NAC1-2启动子自然变异驱动种间差异表达的关键顺式调控机制，阐明了SsNAC1-2调控叶片衰老的分子网络，并利用割手密种与热带种NAC1-2启动子中的插入/缺失位点，开发了InDel分子标记，为甘蔗种质资源鉴定和分子标记辅助选择育种提供了实用工具。
该研究首先从甘蔗两个祖先种——割手密种SES 208和热带种Badila中克隆获得4个NAC1亚家族成员，其中NAC1-2在割手密种成熟叶区的表达量显著高于热带种。进一步，在割手密种NAC1-2启动子ATG上游约395 bp处，鉴定到一个长度为565 bp的特异插入片段。该片段可显著增强启动子转录活性，是导致NAC1-2在两个祖先种间差异表达的关键顺式调控变异。异源过表达SsNAC1-2可导致植株叶片提前衰老。DAP-seq技术明确了SsNAC1-2的DNA核心结合基序为5′-TTCGCTGT-3′，可直接结合并正向激活SsSAG39、SsNYC1、SsSGR1和SsRNS3等靶基因的启动子。根据以上结果，研究人员构建了SsNAC1-2通过直接激活下游靶基因网络调控叶片衰老的分子模型（图1）。
图1 甘蔗SsNAC1-2介导叶片衰老的分子模式图
福建农林大学农学院/中国热科院生物所联合培养的2023届硕士研究生杨世韦为第一作者。热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/甘蔗研究中心阙友雄研究员、福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心王恒波副研究员为该论文的共同通讯作者，黄国强老师，郭晋隆副研究员、张华研究员参与实验指导。以上工作得到国家基金和全国重点实验室项目的联合资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1111/ pce.70943
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