MeNADP-ME3赋予拟南芥耐盐和耐旱性，并促进木薯中NADP-ME家族的功能多样化 吴书文（Shuwen Wu） 夏占明（Zhanming Xia） 赵家正（Jiazheng Zhao） 王长义（Changyi Wang） 闵毅（Yi Min） 王大勇（Dayong Wang）

本研究鉴定了木薯基因组中的四个NADP-ME基因，揭示其片段重复进化机制及环境适应功能。表达谱分析表明MeNADP-ME3在束鞘细胞中特异性表达，并参与光合碳代谢及光呼吸调节。功能验证显示该基因在干旱和盐胁迫下显著提升抗氧化酶活性，降低氧化损伤，为培育抗逆木薯品种提供遗传资源。

摘要

作为典型的C3-C4中间型植物，木薯（Manihot esculenta Crantz）具有较高的光合效率和较低的光呼吸作用。NADP-苹果酸酶（NADP-ME）是C4光合途径中的关键酶，它能为Rubisco提供较高的2浓度。然而，关于C3-C4中间型物种中NADP-ME的研究仍然有限。在本研究中，我们在木薯基因组中鉴定出了4个NADP-ME基因，基因进化的主要驱动力是基因片段复制。顺式作用元件分析表明，MeNADP-ME基因可能在环境适应、应激响应和生长调控中发挥作用。通过批量RNA测序和单细胞RNA测序进行表达分析，发现不同组织和细胞亚群中的表达模式存在差异。与拟南芥（Arabidopsis thaliana）和玉米（Zea mays）的NADP-ME家族进行比较后发现，MeNADP-ME3在束鞘细胞中的表达具有特异性，类似于玉米中的ZmchlC4NADP-ME。值得注意的是，光合基因和与质外体（PD）相关的基因在中柱组织亚群13及束鞘细胞中表现出高度共表达，这为木薯中C4光合途径的有限性提供了分子证据。蛋白质-蛋白质相互作用预测表明MeNADP-ME3参与光合碳代谢和光呼吸的调控。此外，qRT-PCR结果显示MeNADP-ME3对多种非生物胁迫具有显著的响应性，共聚焦成像证实了其位于叶绿体中。功能验证表明，在干旱和盐胁迫条件下，过表达MeNADP-ME3的拟南芥抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）提高了30–120%，氧化损伤标志物（MDA、2O2）降低了20–32%。这些发现揭示了C3-C4中间型物种中NADP-ME基因的进化轨迹，并为培育耐逆性木薯品种提供了遗传资源。