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欧李ChNAC1基因：结构、功能与抗旱分子机制解析

一、绪论

1.1研究背景

随着全球气候的变化，干旱问题日益严重，已成为威胁植物生长和农业生产的主要环境因素之一。据统计，全球约有40%的土地面临不同程度的干旱胁迫，干旱导致的农作物减产每年高达数百亿美元，给全球粮食安全带来了巨大挑战。干旱胁迫会影响植物的水分平衡，导致植物细胞失水，进而影响植物的光合作用、呼吸作用、物质运输等生理过程，最终影响植物的生长发育和产量。

在干旱胁迫下，植物会启动一系列复杂的生理和分子机制来应对干旱，其中基因表达的调控起着关键作用。转录因子是一类能够与基因启动子区域的顺式作用元件结合，从而调控基因转录表达的蛋白质。在植物应对干旱胁迫的过程中，转录因子通过调控下游一系列与抗旱相关基因的表达，来提高植物的抗旱能力。NAC（NAM、ATAF1/2和CUC2）转录因子家族是植物特有的一类转录因子，在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。近年来，研究发现NAC转录因子在植物抗旱过程中起着关键的调控作用，通过调控下游抗旱相关基因的表达，提高植物对干旱胁迫的耐受性。

欧李（Cerasushumilis）是蔷薇科樱属的一种矮小灌木，具有极高的经济价值和生态价值。欧李果实富含多种营养成分，特别是钙含量极高，被誉为“钙果”，具有广阔的开发利用前景。欧李具有较强的抗旱、抗寒、耐瘠薄等特性，是干旱、半干旱地区生态修复和植被恢复的优良树种。研究欧李的抗旱分子机制，不仅有助于深入了解植物的抗旱机理，还为培育抗旱作物品种提供理论依据和基因资源。本研究旨在对欧李转录因子ChNAC1基因的抗旱性功能进行分析，为揭示欧李的抗旱分子机制和培育抗旱作物品种提供理论基础和技术支持。

1.2欧李概述

欧李（Cerasushumilis），又名钙果、高钙果、乌拉奈等，是蔷薇科樱属的一种矮小灌木，高0.4-1.5米。小枝灰褐色或棕褐色，叶片倒卵状长椭圆形或倒卵状披针形，长2.5-5厘米，宽1-2厘米，中部以上最宽，先端急尖或短渐尖，基部楔形，边有单锯齿或重锯齿，上面深绿色，无毛，下面浅绿色，无毛或被稀疏短柔毛。花单生或2-3花簇生，花叶同放，花梗长5-10毫米，花瓣白色或粉红色，长圆形或倒卵形；雄蕊30-35枚。核果成熟后近球形，红色或紫红色，直径1.5-1.8厘米；核表面除背部两侧外无棱纹。花期4-5月，果期6-7月。

欧李主要分布于中国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山东、河南等地，生于阳坡砂地、山地灌丛中，或庭园栽培，海拔100-1800米。欧李具有极高的经济价值，其果实富含多种营养成分，特别是钙含量极高，每100克欧李鲜果含蛋白质1.5克，维生素C47克，钙360毫克，铁58毫克，还富含糖、维生素B以及人体所必需的多种微量元素及17种氨基酸，果实可食率可达90%以上，出汁率80%左右，可溶性固形物为10%-15%，风味酸甜，香气浓郁，果实可以加工成果汁、果酒、果醋、果奶、罐头，果脯等食品。欧李的种仁还可入药，作郁李仁，有利尿、缓下作用，主治大便燥结、小便不利。

在生态修复方面，欧李具有较强的抗旱、抗寒、耐瘠薄等特性，根系发达，能够有效地保持水土，防止土壤侵蚀，是干旱、半干旱地区生态修复和植被恢复的优良树种。欧李还具有一定的观赏价值，其花朵美丽，果实鲜艳，可用于庭院观赏和城市绿化。欧李作为一种具有重要经济价值和生态价值的植物，在农业发展和生态保护中具有重要的作用。深入研究欧李的生物学特性和抗逆机制，对于充分发挥其经济和生态价值具有重要意义。

1.3NAC基因家族研究现状

1.3.1NAC基因的发现与分类

NAC基因家族是植物特有的一类转录因子家族，其名称来源于矮牵牛（Petuniahybrida）的NAM（NoApicalMeristem）基因、拟南芥（Arabidopsisthaliana）的ATAF1/2（ArabidopsisTranscriptionActivationFactor1/2）基因和CUC2（Cup-shapedCotyledon2）基因。1996年，Souer等在研究矮牵牛顶端分生组织发育时，首次克隆了NAM基因，发现该基因在顶端分生组织的形成和发育中起着重要作用。随后，Aida等在拟南芥中克隆了CUC1和CUC2基因，发现它们在胚发育和子叶形成过程中发挥着关键作用。2003年，Ooka等通过对拟南芥和水稻（Oryzasativa）全基因组序列的分析，系统地鉴定了NAC基因家族成员，正式确立了NAC基因家族的存在。

NAC转录因子家族成员含有高度保守的N端NAC结构域和高度变异的