柱花草SgNAC1基因的耐盐功能研究

doi:10.11686/cyxb2025436

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (10): 144-155.DOI: 10.11686/cyxb2025436

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柱花草SgNAC1基因的耐盐功能研究

王艺华¹(), 任慈¹, 张盼玉¹, 刘翠玲¹, 何亮亮¹, 李洁仪¹, 刘超¹, 陈曙¹^,²^,³()

^1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东广州 510642
^2.广东省草业工程技术研究中心，广东广州 510642
^3.华南农业大学中山创新中心，广东中山 528478

收稿日期:2025-10-21 修回日期:2025-12-05 出版日期:2026-10-20 发布日期:2026-09-09
通讯作者: 陈曙
作者简介:E-mail： shuchen@scau.edu.cn
王艺华（2001-），女，河南新乡人，在读硕士。E-mail： wang_yihua2026@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(31601990);广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金(2025A1515010836);广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金(2023A1515140005);广州市科技计划项目(2024E04J1233)

A functional study of the role of SgNAC1 in salt tolerance in Stylosanthes

Yi-hua WANG¹(), Ci REN¹, Pan-yu ZHANG¹, Cui-ling LIU¹, Liang-liang HE¹, Jie-yi LI¹, Chao LIU¹, Shu CHEN¹^,²^,³()

^1.College of Forestry and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China
^2.Guangdong Engineering Research Center for Grassland Science，Guangzhou 510642，China
^3.South China Agricultural University，Zhongshan Innovation Center，Zhongshan 528478，China

Received:2025-10-21 Revised:2025-12-05 Online:2026-10-20 Published:2026-09-09
Contact: Shu CHEN

摘要/Abstract

摘要：

在热带和亚热带地区，柱花草属是极具经济价值的豆科牧草，被誉为“热带苜蓿”，在饲草生产、水土保持、果园覆盖等领域发挥重要作用。随着全球盐碱地面积逐年扩大，盐胁迫导致柱花草生长受阻、产量下降，已成为限制其栽植推广的关键障碍，亟需挖掘耐盐关键基因并解析其功能。NAC转录因子是植物耐盐调控的核心家族，而柱花草SgNAC1的耐盐特性尚未明确。本研究通过实时荧光定量PCR分析SgNAC1基因在细茎柱花草株系‘YN02’叶片及茎中的表达模式。结果表明，盐胁迫（150 mmol·L^-1NaCl）处理后，叶片中SgNAC1基因表达量在2 h时降至最低，茎中表达量在6 h达到峰值；脱落酸（ABA）处理后，叶片和茎中SgNAC1基因表达量均在处理1 h达到最高，在ABA+NaCl复合处理后，叶片中SgNAC1基因表达量在处理0.5 h后达到峰值，茎中表达量在1 h出现第一个峰值，12 h出现第二个峰值。上述结果表明，茎中SgNAC1基因在12 h左右响应盐胁迫，在1 h左右响应ABA和ABA+NaCl胁迫；盐胁迫下叶片中SgNAC1基因表达量在2 h显著下降，推测可能受其他因素调控；ABA+NaCl 复合处理下茎中SgNAC1基因的双表达峰，可能是NaCl与ABA协同作用的结果。通过根癌农杆菌介导的叶盘法转化野生型烟草，成功获得SgNAC1过表达的转基因烟草株系（SgNAC1-OE）。对野生型和SgNAC1-OE烟草同时进行盐胁迫（300 mmol·L^-1 NaCl）处理，测定处理前后叶片的各项生理指标发现，SgNAC1过表达显著提升了脯氨酸水平，增强了烟草耐盐能力。本研究明确了SgNAC1基因在柱花草不同组织中的表达特征，并通过转基因烟草验证了其耐盐功能，为柱花草耐盐机制解析及耐盐育种提供理论依据和基因资源。

关键词: 柱花草, SgNAC1基因, 转基因烟草, 基因表达, 耐盐性

Abstract:

Stylosanthes （stylo） is an economically important leguminous forage crop in tropical and subtropical regions. It plays critical roles in forage production， soil and water conservation， and orchard ground cover. Because its role is similar to that of alfalfa （Medicago sativa）， stylo is often referred to as ‘tropical alfalfa’. With the continuing global expansion of saline-alkali land areas， salt stress reduces the growth and yield of stylo， and has become a key constraint on its cultivation and promotion. Therefore， it is urgent to identify key genes related to salt tolerance and clarify their functions. The NAC family of transcription factors is known to regulate salt tolerance， but the specific role of SgNAC1 in the salt tolerance of stylo remains unclear. In this study， we analyzed the transcript profiles of SgNAC1 in leaves and stems of the Stylosanthesguianensis line ‘YN02’ using quantitative real-time PCR. The results show that under salt stress （150 mmol·L^-1NaCl）， the transcript abundance of SgNAC1 in leaves decreased to the lowest level at 2 hours after treatment （HAT）， but peaked in stems at 6 HAT. After treatment with abscisic acid （ABA）， the transcript abundance of SgNAC1 in both leaves and stems peaked at 1 HAT. In the combined ABA+NaCl treatment， the transcript abundance of SgNAC1 in leaves peaked at 0.5 HAT， whereas in stems， it exhibited two peaks at 1 HAT and 12 HAT. Thus， SgNAC1 in stems responded to salt stress at approximately 12 HAT， and to both ABA and ABA+NaCl at approximately 1 HAT. Under salt stress， the transcript abundance of SgNAC1 in leaves decreased significantly at 2 HAT， implying that it may be regulated by other factors. The dual expression peaks of SgNAC1 in stems after treatment with ABA+NaCl may indicate a synergistic effect of NaCl and ABA. Transgenic tobacco （Nicotiana tabacum） lines overexpressing SgNAC1 （SgNAC1-OE） were obtained by transforming wild-type tobacco via the Agrobacterium tumefaciens-mediated leaf disc method. When both wild-type and SgNAC1-OE tobacco plants were subjected to salt stress （300 mmol·L^-1NaCl）， the SgNAC1-OE tobacco plants showed significantly increased proline levels and salt tolerance， compared with the wild-type plants. The results of this study reveal the transcript profiles of SgNAC1 in different tissues of stylo， and the experiments with transgenic tobacco lines overexpressing SgNAC1 confirm its ability to increase salt tolerance. Together， our results provide a theoretical basis for further research on salt tolerance mechanisms， and identify a genetic resource for breeding salt-tolerant stylo.

Key words: Stylosanthes, SgNAC1 gene, transgenic tobacco, gene expression, salt tolerance

王艺华, 任慈, 张盼玉, 刘翠玲, 何亮亮, 李洁仪, 刘超, 陈曙. 柱花草SgNAC1基因的耐盐功能研究[J]. 草业学报, 2026, 35(10): 144-155.

Yi-hua WANG, Ci REN, Pan-yu ZHANG, Cui-ling LIU, Liang-liang HE, Jie-yi LI, Chao LIU, Shu CHEN. A functional study of the role of SgNAC1 in salt tolerance in Stylosanthes[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2026, 35(10): 144-155.

图/表 7

表1 本研究所用引物

Table 1 Primers used in this study

引物名称Name of the primer	正向引物序列Forward primer sequence （5'→3'）	反向引物序列Reverse primer sequence （5'→3'）
SgNAC1	TCTAGAATGGCAGCTGAACTTCAATTGC	GGATCCTCAGAACGGTTTCTGCAGGTTC
SgNAC1-qPCR	TTCCGATCATAGCCGAAATC	TGCCTTCCAGTACCCAGTTC
SgActin-qPCR	TCGATTGGATCTTGCAGGGC	TGGACAACGGAATCTCTCAGC

图1 SgNAC1基因启动子顺式作用元件及其基因结构分析A~E分别代表5个保守亚结构域。A-E represent the 5 conserved subdomains.

Fig.1 Analysis of cis-acting elements in the promoter of SgNAC1 gene and its gene structure

图2 不同处理下柱花草‘YN02’叶片及茎中SgNAC1基因的相对表达量变化NaCl：盐胁迫Salt stress；ABA：脱落酸Abscisic acid. A：盐胁迫下叶片中SgNAC1表达量的变化；B：ABA处理下叶片中SgNAC1表达量的变化；C：ABA和NaCl处理下叶片中SgNAC1表达量的变化；D：盐胁迫下茎中SgNAC1表达量的变化；E：ABA处理下茎中SgNAC1表达量的变化；F：ABA和NaCl处理下茎中SgNAC1表达量的变化；* 和 **分别表示在P<0.05和P<0.01水平存在显著差异。A： Changes in SgNAC1 expression levels in leaves under salt stress； B： Changes in SgNAC1 expression levels in leaves treated with ABA； C： Changes in SgNAC1 expression levels in leaves treated with NaCl and ABA； D： Changes in SgNAC1 expression levels in stems under salt stress； E： Changes in SgNAC1 expression levels in stems treated with ABA； F： Changes in SgNAC1 expression levels in stems treated with NaCl and ABA. * and ** indicate significant differences at P<0.05 and P<0.01 levels， respectively.

Fig.2 Changes in the relative expression levels of the SgNAC1 gene in leaves and stems of Stylosanthes ‘YN02’ under different treatments

图3 SgNAC1-OE转基因烟草的Basta抗性鉴定及SgNAC1基因的PCR鉴定和qRT-PCR分析A：转基因植株的草铵膦抗性鉴定，W38为野生型烟草株系。1~18均为转基因SgNAC1-OE同一株系的不同单株，黑色标记为草铵膦涂抹处；B：野生型及转基因烟草中SgNAC1基因的PCR鉴定。C：野生型及转基因烟草中SgNAC1基因的qRT-PCR分析。2K-MK为DNA marker DL 2000，N1为农杆菌菌液阳性对照，WT为野生型烟草W38， 1~18均为转基因株系；***表示在P<0.001水平存在显著差异。A： Basta resistance identification of transgenic plants， with W38 as the wild type N. tabacum. 1-18 are different individual plants from the same transgenic SgNAC1-OE strain， with black marks indicating Basta application sites； B： PCR identification of the SgNAC1 gene in wild-type and transgenic tobacco. C： qRT-PCR analysis of the SgNAC1 gene in wild-type and transgenic tobaccos. 2K-MK is the DNA marker DL 2000， N1 is the Agrobacterium culture positive control， WT is the wild type N. tabacum W38， and 1-18 are transgenic lines. *** indicates significant differences at the P<0.001 levels.

Fig.3 Identification of Basta resistance in SgNAC1-OE transgenic tobacco， PCR identification and qRT-PCR analysis of the SgNAC1 gene

图4 转基因与野生型烟草叶片长宽比与花色差异*表示与 WT 相比有显著差异（P<0.05）， SgNAC1-OE为转基因烟草，WT为野生型烟草W38。下同。标尺＝10 cm。* indicates a significant difference compared to WT （P<0.05）. SgNAC1-OE refers to transgenic N. tabacum， and WT refers to wild-type tobacco W38. The same below. Bar＝10 cm.

Fig.4 Differences in the length-to-width ratio and flower color between genetically modified and wild N. tabacum leaves

图5 盐胁迫下烟草的表型变化

Fig.5 Phenotypic changes in tobacco under salt stress

图6 盐胁迫下野生型与过表达SgNAC1烟草生理指标变化*表示与处理前相比有显著差异（P<0.05），**表示与处理前相比有极显著差异（P<0.01）。* indicates a significant difference compared to before processing （P<0.05）. ** indicates an extremely significant difference compared to before treatment （P<0.01）.

Fig.6 Changes in physiological indicators of wild-type and SgNAC1-overexpressing tobacco under salt stress

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柱花草SgNAC1基因的耐盐功能研究

A functional study of the role of SgNAC1 in salt tolerance in Stylosanthes

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