陜西
干旱是制約作物產量的首要環境脅迫因素。面對干旱，作物通常通過抑制生長來啟動防御，導致產量顯著下降，這種“耐旱”與“高產”難以兼得的困境被稱為“生長-防御權衡”（Growth-Defense Trade-off）。如何精準打破這一權衡，培育在干旱脅迫下既能存活又能穩產的新種質，是全球農業可持續發展領域面臨的重大挑戰。
近日，河南大學王道杰教授團隊在The Plant Journal在線發表了題為Targeting BnNAC038 improves drought tolerance with low yield penalty inBrassica napus的研究論文。該研究在甘藍型油菜中發現了一個參與干旱脅迫應答的關鍵轉錄因子BnNAC038，系統解析了其協調植物干旱應答與產量平衡的分子網絡，為突破作物育種中“生長與防御”難以協同的瓶頸問題、實現“耐旱不減產”的育種目標提供了關鍵基因資源與創新育種策略。
該研究發現，利用CRISPR/Cas9技術敲除BnNAC038基因后，突變體在干旱脅迫下表現出顯著增強的耐旱性，包括更高的存活率、更低的水分流失以及更高的水分利用效率。尤為關鍵的是，連續兩年的田間試驗證實，bnnac038植株在增強了耐旱性的同時，最大限度地減少了產量損失：在正常條件下生長發育和產量與野生型無顯著差異，而在干旱脅迫下，其光合能力更強、蔗糖與葡萄糖積累更多，最終生物量與種子產量的損失均顯著低于野生型。
圖1. bnnac038突變體通過優化氣孔調控與光合作用實現耐旱-穩產
研究揭示，上述“耐旱-穩產”表型源于BnNAC038對其下游基因的雙重抑制被解除。分子機制研究表明，BnNAC038作為轉錄抑制因子，一方面通過直接結合ABA信號通路關鍵激酶基因BnSnRK2.6的啟動子來抑制其表達，從而負調控干旱應答；另一方面，它還能直接靶向光合作用關鍵基因BnPPC2與糖異生關鍵基因BnPGK的啟動子，在干旱脅迫下限制光合效率與碳水化合物的合成。
圖2. BnNAC038抑制與干旱脅迫和糖代謝相關基因的轉錄
在bnnac038植株中，上述抑制作用被解除，使得突變體在干旱來臨時，能更迅速地關閉氣孔以減少水分流失，并維持更高的光合速率以保障碳同化和蔗糖積累，從而為在干旱脅迫中維持生物量與產量提供了堅實的物質基礎。
圖3. BnNAC038調控甘藍型油菜干旱應答與產量形成的工作模型
綜上，該研究系統解析了BnNAC038作為關鍵負調控因子通過雙重抑制機制平衡干旱應答與光合碳代謝的分子網絡，不僅深化了對植物"生長-防御權衡"調控機制的理解，更為通過精準基因編輯打破育種瓶頸、培育耐旱穩產作物新品種提供了堅實的理論基礎與極具應用價值的遺傳靶點。
河南大學博士研究生陳玉平為該論文的第一作者，河南大學王道杰教授和西北農林科技大學謝長根教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、河南省重點研發計劃等項目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1111/tpj.70571
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