干旱是限制植物种植分布、生长发育以及作物产量的主要非生物胁迫因素之一。棉花是重要的经济作物，新疆是中国棉花种植的主要地区，占全国棉花种植面积80%以上。干旱胁迫是影响新疆棉花生产重要的非生物胁迫因素。挖掘关键抗旱基因，揭示棉花对干旱胁迫的应答机制，培育耐逆新材料和新品种，不仅具有重要的科学研究价值，也是服务棉花可持续发展的重要保障。NAC转录因子在植物非生物胁迫信号中起着重要的转录调控作用。然而，许多NAC转录因子在棉花抗旱方面调控机制研究尚未有详细报道。
近日，棉花遗传与种质创新利用团队在植物学领域知名学术期刊The Plant Journal在线发表了题为“Cotton GhNAC4 promotes drought tolerance by regulating secondary cell wall biosynthesis and ribosomal proteins homeostasis”研究论文。该研究鉴定到一个棉花NAC转录因子GhNAC4，GhNAC4通过调控次生壁合成相关基因GhNST1和核糖体蛋白基因GhRPL12和GhRPL18p ，促进棉花根部次生壁沉积和维持核糖体蛋白稳态，进而参与干旱胁迫应答。
该研究在棉花中鉴定到一个NAC转录因子GhNAC4，实验分析发现GhNAC4的表达受到高盐、干旱和激素的诱导。GhNAC4蛋白具有转录激活活性并定位于细胞核。沉默GhNAC4导致棉花干旱胁迫耐受性降低，而过表达GhNAC4则能够提高棉花的干旱胁迫耐性。转录组分析表明，GhNAC4影响了棉花次生细胞壁合成和核糖体蛋白相关基因的表达。转录组和DAP-seq联合分析进一步发现次生壁调控因子GhNST1，核糖体蛋白基因GhRPL12和GhRPL18p为GhNAC4的下游靶基因。酵母单杂、GUS染色、双荧光素酶和凝胶迁移实验均表明GhNAC4能够直接结合GhNST1，GhRPL12和GhRPL18p的启动子并激活它们表达。进一步实验分析表明GhNAC4过表达株系的根部相比野生型对照有着更发达的木质部和韧皮部组织，沉积了更多木质素和纤维素。此外，沉默GhRPL12和GhRPL18p显著降低了棉花的干旱胁迫耐性。综上所述，该研究揭示了GhNAC4-GhNST1/GhRPL12/RPL18p分子模块通过促进棉花根部次生壁沉积和维持核糖体蛋白稳态参与棉花干旱胁迫应答，加深了对棉花抗旱分子机制的理解，为培育抗旱棉花新品种提供了理论参考和育种支撑。
图1棉花GhNAC4-GhNST1/GhRPL12/GhRPL18p模块介导棉花抗旱性的工作模式图
实验室博士研究生金暄翔为论文第一作者，郭旺珍教授和张大勇副教授为论文共同通讯作者。尚小光副教授、青年研究员李维希博士、在读研究生刘楚楚、已毕业研究生柴启超和钮鑫参与了部分工作。新疆农业大学顾爱星教授也参与了该项研究。该研究得到江苏省重点研发计划，新疆维吾尔自治区科技支疆项目计划和江苏现代作物生产协同创新中心等项目资助。
