甘蔗（Saccharum spp.）是全球最重要的糖料和能源作物之一，提供了世界约80%的蔗糖和40%的燃料乙醇。叶片提前衰老直接影响光合作用与糖分积累，然而，甘蔗为多倍体、非整倍体且遗传背景复杂的作物，其叶片衰老的分子调控机制未获解析。挖掘调控叶片衰老的关键基因并阐明其作用机制，对甘蔗遗传改良具有重要意义。
2026年9月27日，永利集团88304官网在线登录王恒波团队联合中国热带农业科学院阙友雄团队，在《植物、细胞与环境》（Plant, Cell & Environment）发表了题为《甘蔗NAC1-2启动子的顺式调控元件变异加速叶片衰老》（Natural cis-regulatory variation in the sugarcane NAC1-2 promoter accelerates leaf senescence）的研究论文。该研究系统揭示了甘蔗NAC1-2基因启动子自然变异驱动种间差异表达，并通过整合多种激素信号加速叶片衰老的分子机制，为甘蔗抗衰老育种提供了重要的理论依据和基因资源。
研究首先从甘蔗两个祖先种——割手密种SES 208和热带种Badila中克隆4个NAC1亚家族成员。通过叶片发育梯度表达谱和RT-qPCR分析，发现NAC1-2在割手密种成熟叶区的表达量显著高于热带种（图1）。进一步在割手密种NAC1-2启动子ATG上游约395 bp处鉴定到一个565 bp的特异插入片段，该片段富含生长素和赤霉素响应元件。双荧光素酶实验证实，该插入片段可显著增强启动子转录活性，是导致NAC1-2在两个祖先种间差异表达的关键顺式调控变异。
图1 NAC1-2基因及其启动子调控叶片衰老
功能验证表明，过表达SsNAC1-2可导致本氏烟草叶片提前衰老，表现为叶绿素含量下降、电解质渗漏增加、H2O2积累，以及衰老、PCD和叶绿素降解相关基因的显著上调，并伴随脱落酸和生长素含量升高（图1）。通过DAP-seq技术在全基因组范围内鉴定SsNAC1-2的DNA结合位点，明确其核心结合基序为5′-TTCGCTGT-3′。经EMSA和双荧光素酶实验验证，SsNAC1-2可直接结合并正向激活SsSAG39、SsNYC1、SsSGR1和SsRNS3等靶基因启动子，这些靶基因广泛参与程序性细胞死亡、叶绿素降解、ROS调节及生长素信号通路。基于此，SsNAC1-2通过整合脱落酸、乙烯和生长素等多种激素信号，直接激活下游程序性细胞死亡、叶绿素降解及衰老相关基因网络，从而加速叶片衰老。以上研究为甘蔗叶片衰老的遗传调控提供了新见解，并为抗衰老、高产稳产甘蔗新品种的分子育种提供了重要基因资源和理论支撑。
永利集团88304官网在线登录农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/农学院2023届硕士研究生杨世韦为第一作者。中国热科院热带作物生物育种全国重点实验室/生物所/甘蔗研究中心阙友雄研究员、永利集团88304官网在线登录国家甘蔗工程技术研究中心王恒波副研究员为该论文的共同通讯作者，国家甘蔗工程技术研究中心的黄国强老师，郭晋隆副研究员、张华研究员参与了实验指导。以上工作得到国家自然科学基金（32272156）和热带作物生物育种全国重点实验室项目（NKLTCBCXTD24和NKLTCBCXTD38）的支持。
论文链接： https://doi.org/10.1111/pce.70943
作者简介：
1.杨世韦（第一作者），农学院2023级硕士研究生，主要研究方向为甘蔗抗逆的分子育种，在Plant, Cell & Environment、Plant Stress等期刊上以第一或参与作者发表SCI论文2篇。
2.王恒波（通讯作者），农业部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室、国家甘蔗工程技术研究中心副研究员，硕士生导师，福建省高层次人才(C类)，民盟永利集团88304官网在线登录委员会副主委、福建省工业原料作物学会副秘书长。主要围绕甘蔗抗病分子育种及群体遗传学开展研究，在《The Plant Journal》、《The Crop Journal》、《Theoretical and Applied Genetics》、《Crop Protection》、《科学通报》、《中国农业科学》和《作物学报》等期刊发表第一作者论文或通讯作者文章18篇，申请国家发明专利15项，其中授权11项，并参与制定农业行业标准和国家标准5项。
杨世韦（第一作者，右一）、黄国强（右三）、王恒波（通讯作者，右四）
由国家甘蔗工程技术研究中心黄国强牵头、王恒波作为骨干参与的雪蔗健康种植与综合加工技术省科技特派服务团队，长期从事雪蔗种植与加工技术服务工作，不仅持续推进雪蔗（果蔗）种质改良与脱毒健康种苗繁育种植，更充分发挥国家甘蔗工程技术研究中心的平台优势，联络各方专家“会诊”攻关，将高校的智力优势转化为促进雪蔗产业助力乡村振兴的强劲动能。该团队已连续5年荣获省级团队科技特派员称号，并获评2026年永利集团88304官网在线登录优秀科技特派员团队。如有果蔗种植与加工技术需求，欢迎随时联系该团队成员。