植物NAC转录因子的研究进展

NAC转录因子家族是大型植物特异性转录因子家族之一,广泛参与植物侧根生长、次生壁形成、叶片衰老、花器官形成、果实发育等生长发育过程,并响应干旱、寒冷、盐碱以及病原菌入侵等逆境胁迫,极大地帮助了植物在各种环境中更好的生存。综述了近年来植物NAC转录因子家族结构和功能的研究进展,以期促进对NAC转录因子调控网络的理解和更深入的研究。

茶树NAC转录因子基因CsNAC79和CsNAC9鉴定及其对非生物胁迫的响应

【目的】鉴定茶树NAC转录因子基因CsNAC79和CsNAC9,并分析它们在干旱、盐、高温、低温、外施ABA和外施GA3胁迫下的表达模式,为进一步解析CsNAC79和CsNAC9转录因子的生物学功能提供参考。【方法】以茶树‘龙井43’为材料,用RT-PCR扩增NAC转录因子家族基因CsNAC79和CsNAC9,并进行生物信息学分析;用qRT-PCR检测CsNAC79和CsNAC9在茶树6种非生物胁迫下的相对表达量。【结果】(1)CsNAC79和CsNAC9分别编码409个和282个氨基酸,且分别在15—150氨基酸位点、11—134氨基酸位点含有NAC家族成员典型的NAM保守结构域。(2)CsNAC79蛋白与中华猕猴桃、柿、洋蓟亲缘关系较近,CsNAC9蛋白与桃、荔枝、榴莲亲缘关系较近;2个NAC转录因子均是亲水性蛋白,皆不含信号肽和跨膜结构;CsNAC79和CsNAC9的启动子区域都含有非生物胁迫响应元件;蛋白质空间结构分析显示,CsNAC79和CsNAC9蛋白主要是由不规则卷曲和α-螺旋组成。(3)表达分析表明:CsNAC79和CsNAC9基因在6种不同非生物胁迫下均上调表达。【结论】茶树CsNAC79和CsNAC9基因响应多种非生物胁迫。

NAC转录因子在水稻遗传改良中的研究进展

NAC转录因子是植物最大的特异性转录因子,具有特殊的NAC结构域和C端结构域,它们在调节水稻生长发育过程中发挥着重要的作用。目前在水稻中已鉴定到多种NAC转录因子,发现它们广泛参与调控水稻的产量及其品质性状,在水稻的遗传改良中具有重要功能。综述了NAC转录因子的分类与定位、调控水稻产量和稻米品质以及参与水稻非生物胁迫应答反应等新进展,以期为优质高产多抗水稻新品种的分子设计育种提供新的基因资源。

植物NAC转录因子的生物学功能研究进展

转录因子(Transcription Factor,TF)是一类特殊结构的蛋白质分子,能够与特定DNA序列结合调控目标基因的特定表达.作为一类植物中特有的转录因子,NAC转录因子家族以保守的N端结构域和高度可变的C端转录激活域为特征,在调控植物的生长发育、生物和非生物胁迫响应以及次生代谢产物合成等过程中均发挥着至关重要的作用.文章总结前人研究,就NAC转录因子的结构特征及生物学功能的相关研究进展进行综述,以期深入探索NAC转录因子的调控机理,更好地了解其如何影响植物的生长发育和应对环境压力.

刺五加NAC转录因子基因的适应性进化分析

对药用植物刺五加(Eleutherococcus senticosus)的NAC转录因子进行适应性进化分析,使用MEC模型和PAML软件中的3种模型:分支模型、位点模型、分支-位点模型的SLAC、FEL和REL算法对刺五加的116条NAC基因进行适应性进化分析。结果表明:从PAML模型与MEC模型的分析结果中未发现正选择位点,而在分支与位点模型中负选择起主导作用;算法SLAC、REL和FEL的分析结果同样显示,刺五加的NAC转录因子中存在大量负选择位点。通过亚细胞定位和二级结构分析发现,NAC转录因子发挥作用的位置大部分在细胞核中并且大量负选择位点位于无规则卷曲中。结论:纯化选择在NAC转录因子进化过程中发挥主要作用,而NAC转录因子发挥作用的部位可能在无规则卷曲的二级结构中。本文为进一步探究刺五加NAC转录因子的系统进化关系奠定了基础。

高州油茶NAC转录因子家族鉴定及生物信息学分析

NAC转录因子是植物中特有的转录因子,其在N端含有一段高度保守的特异结构域,对植物生长发育、胁迫反应和次生代谢产物生物合成等过程具有重要功能。研究基于高州油茶第三代全长转录组数据信息,通过生物信息学的方法筛选获得51个NAC转录因子,为深入研究基因家族特征,对其进行理化性质分析、多列比对分析、蛋白系统进化树、保守基序和基因结构分析、亚细胞定位,以及二级蛋白域结构预测、蛋白磷酸化位点分析。结果表明:NAC蛋白存在氨基酸数量差异,且氨基酸序列间疏水性呈现为亲水性蛋白,其蛋白结构中具有5个保守的亚结构域。NAC转录因子系统进化树分析表明116个基因可划分为10个亚族群,部分高州油茶NAC蛋白具有特异性聚为单一亚族群,其他与拟南芥和水稻融合为不同亚族群。同时NAC蛋白均具有NAM超家族结构。亚细胞定位表明51个高州油茶NAC蛋白均位于细胞核,且二级结构中随机卷曲结构为主,同时含有α-螺旋和β-转角结构等。蛋白磷酸化位点都具有丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)。

葡萄NAC转录因子家族生物信息学分析

NAC基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,广泛参与植物生长、发育以及器官建成、逆境胁迫应答等反应。目前,基因组信息的挖掘和分析已经成为葡萄功能基因组学研究的重要组成部分。本文利用生物信息学方法对葡萄143条NAC蛋白序列的系统发生和NAC基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的NAC基因家族之间的联系。结果显示这143条蛋白序列与拟南芥94个NAC基因蛋白序列一起分成了16个亚族,说明拟南芥与葡萄NAC基因间具有较高的保守性。基因组定位结果发现143条NAC基因分布在17条染色体上。研究还发现不同亚家族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而它们的二级结构都主要以随机卷曲为组成部分,且143条氨基酸序列三维结构十分相似。本文试验结果将为葡萄NAC基因家族的进一步功能分析提供重要研究基础。

NAC转录因子在植物抗病和抗非生物胁迫反应中的作用

NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,其共同特点是在N端含有一段高度保守、由约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。研究表明,NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。文章着重介绍NAC转录因子在植物抗逆反应中的作用及其调控机制,并简要讨论NAC转录因子生物学功能的研究方向。

植物NAC转录因子家族研究概况

植物特有的NAC家族转录因子数量众多,广泛分布于陆生植物中。NAC转录因子涉及多个生长发育和胁迫应答过程,功能多样而重要,从发现至今一直是研究的热点。ANAC019蛋白三维结构的解析和一系列NAC基因功能的揭示可以帮助我们更全面地了解NAC家族,包括它们的起源与分类、生物学功能、表达调控规律以及结构与功能的关系。该文较为详尽地阐述了NAC家族转录因子的研究现状,并展望其未来的研究方向。

白羊草NAC转录因子基因的克隆及表达分析

NAC转录因子是植物特有的转录因子并在植物的生长发育过程中发挥重要的作用,根据其他植物NAC转录因子基因的氨基酸保守序列设计简并引物,通过RT-PCR和RACE技术从白羊草(Bothriochloa ischaemum)中获得了全长cDNA,命名为BiNAC。序列分析表明,该cDNA片段全长为1549bp,开放阅读框1125bp,编码374个氨基酸,具有典型的NAC类蛋白的结构特征。进化树分析表明,该蛋白属于ATAF亚族,与高粱(Sorghum bi-color)亲缘关系最近,同源性达到94%。Real-time PCR检测结果表明,BiNAC基因在茎中的表达量最高,根中表达量最少,并且受NaCl胁迫表达上调。同时成功构建了植物表达载体pBI121-BiNAC-GUS,为进一步开展NAC基因的功能研究创造了条件。

紫花苜蓿NAC转录因子MsNAC1基因的克隆、生物信息学分析及非生物逆境胁迫下的表达分析

NAC转录因子是高等植物所特有的具有多种生物功能的转录因子,在植物生长发育、抵抗逆境和激素调节等过程中发挥着重要作用。本研究利用RACE-PCR技术,克隆获得了紫花苜蓿NAC转录因子Ms NAC1(Gen Bank登录号为JN099384.1)基因的c DNA序列。生物信息学分析显示,Ms NAC1基因的开放阅读框(ORF)为993 bp,编码一个由330个氨基酸残基组成的亲水性蛋白,N-端具有保守的NAM结构域,C-端高度变异,具备NAC转录因子的基本特征;Ms NAC1蛋白被定位在细胞核中,含有2条核定位信号序列,具有9个糖基化位点和23个磷酸化位点,三级结构为对称的同型二聚体。多重比对发现,Ms NAC1蛋白与拟南芥ATAF1和水稻Os NAC6蛋白的同源性较高;系统进化分析表明,Ms NAC1蛋白属于NAC转录因子家族中的ATAF亚族,与ATAF1的亲缘关系最近。非生物逆境胁迫下的表达分析显示,Ms NAC1基因在高盐、干旱和低温胁迫下表达量均呈现先上调后下调的趋势,不同处理时间的差异达到极显著水平,并且根中的表达量上调幅度高于叶片,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。

非生物逆境胁迫相关NAC转录因子的生物信息学分析

通过生物信息学手段,对22种NAC蛋白(14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白、8种涉及不同生物学功能的NAC蛋白)进行氨基酸序列比对和系统发生树构建,对14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白氨基酸组成、理化性质、亲/疏水性、保守结构域、亚细胞定位、二级结构及三级结构等进行了分析、预测。结果显示,22个NAC蛋白中,非生物逆境相关的NAC蛋白聚成一类,其余NAC蛋白聚为另一类;非生物逆境胁迫相关的NAC蛋白序列分析显示,N-端具有A、B、C、D、E 5个保守的亚结构域,共同组成NAC结构域,C-端含有多个保守的酸性氨基酸位点,具有转录激活功能,同时蛋白中含有多个丝氨酸(S)、苏氨酸(T)和酪氨酸(Y)磷酸化位点;非生物逆境胁迫相关NAC蛋白主要亲水区域位于A、C、D亚域,大多定位于细胞核,个别定位于细胞质或线粒体,二级结构则以α-螺旋和β-折叠片为主;拟南芥RD26和ANAC三级结构上的一致性暗示了功能上的相似。

植物NAC转录因子的研究进展

NAC(NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2)转录因子是植物特有的一类转录因子,在多种陆生植物基因组中发现有超过100个成员,是植物基因组中最大的转录因子家族之一。该家族转录因子的共同特点是其N端具有保守的NAC结构域,C端则为高度变异和具有转录激活功能的调控区。具有多种生物功能NAC家族转录因子在植物生长发育、胁迫应答和激素调节等过程中具有重要作用。就植物NAC转录因子的基本结构特征和生物学功能最新研究进展进行综述。

小麦NAC转录因子的基因克隆与序列分析

为了深入研究小麦中NAC家族转录因子基因,针对NAC基因家族成员,设计了覆盖其全长编码区的1对特异引物,从陕253小麦品种中克隆了2条大小分别为1 463、1549 bp的片段,命名为TaNAC2、TaNAC4(GenBank登录号为HQ872050-HQ872051)。序列分析表明,这2个序列包含典型NAC的完整编码序列,包括两个内含子,具有完整的开放阅读框;推导的氨基酸序列分别为383、405个,这2个基因在N-端均具有NAC基因的典型DNA结合结构域,即NAC结构域,且氨基酸序列在该结构域的A、B、C、D、E5个亚区高度保守,仅在C亚区出现一个氨基酸的差异L-M,而且在C-D区出现罕见的半胱氨酸变异,此发现对于小麦品质的研究非常重要。同时发现这2个NAC类转录因子都不含有核定位信号(NLS),但是有相关的转录调控功能区域。通过系统进化树分析,证实克隆序列属于NAC基因家族成员,并且发现的TaNAC4属于NAC转录因子家族的NAM亚组,TaNAC2属于NAC转录因子家族的CUC亚组。

番茄NAC转录因子SlNAC80的克隆及表达分析

为进一步明确该基因的分子特征及表达特性,通过RT-PCR从番茄中克隆了低温响应NAC转录因子SlNAC80,该基因开放阅读框1 023 bp,编码340个氨基酸。Sl NAC80蛋白相对分子量为38.19 k Da,等电点为5.27,N-端具有典型的NAC保守结构域,包含A、B、C、D、E 5个亚结构域。实时荧光定量PCR(q PCR)分析表明,Sl NAC80在番茄各组织中均有表达,以在绿果和衰老叶中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。对启动子区序列进行预测分析发现,Sl NAC80启动子区含有许多响应激素(ABA、GA、SA及ETH)和逆境(低温、脱水及盐胁迫)的顺式作用元件,如ERELEE4、GARE1OSREP1、LTRE1HVBLT49、GT1GMSCAM4、MYB1AT、MYCATERD1、MYCATRD22、WBOXNTERF3及WRKY71OS等。q PCR分析结果也证实该基因的表达受低温、干旱、高盐、甲基紫精、ABA及乙烯处理诱导。这些结果表明,Sl NAC80可能在番茄非生物逆境应答中发挥重要调控作用。

木薯NAC转录因子Rd26基因克隆及表达

【目的】克隆木薯NAC转录因子Rd26基因(MeRd26)并检测其在干旱胁迫下的表达量,为Rd26基因抗旱调控机制研究打下基础。【方法】利用反RT-PCR克隆木薯叶片中的MeRd26基因,对其进行序列比对及系统发育进化树构建,研究其在栽培种Ku50和野生种W14间的变异情况,并用实时荧光定量PCR(q PCR)检测PEG-6000干旱胁迫下的MeRd26基因表达量。【结果】从木薯叶片中克隆获得的MeRd26基因,长度为1288 bp,包含1041 bp的开放阅读框,编码346个氨基酸,且含NAC保守结构域。系统发育进化树分析结果表明,MeRd26蛋白与杨树(Potri.011G123300.1)和杞柳(Sapur V1A.0127s0020.1)的Rd26蛋白亲缘关系较近。基因结构变异分析结果显示,MeRd26基因有33个SNP位点和7个In Del位点,且大部分变异分布在非编码区及最后一个外显子的后半区域。基因表达检测结果显示,在正常大田种植条件下,栽培种Ku50叶片的MeRd26基因表达量是野生种W14的130倍,但在根中表达量差异较小;在干旱胁迫下,栽培种Ku50未展开叶、老叶和根中MeRd26基因表达被快速诱导,表达量随胁迫时间的延长而增加,在根中表达量最高,但在第1片完全展开叶中,MeRd26基因的表达被抑制,其表达量明显降低。【结论】MeRd26基因在转录水平上参与了木薯抗干旱胁迫反应,可作为候选基因用于木薯抗旱机制研究。

小麦3个NAC转录因子基因克隆与功能分析

NAC类转录因子参与植物基因在不同条件、不同发育期的表达调控,在植物的发育、生长及对外界的各种生物和非生物因子的胁迫应答中起关键的调控作用。本研究对非亲和条锈菌小种CYR32侵染诱导的抗条锈病基因Yr5近等基因系Taichung29*6/Yr5的cDNA文库进行筛选及同源克隆,获得了小麦3个NAC类转录因子的cDNA序列。序列分析结果表明,这3个转录因子都具有DNA结合结构域,即NAC结构域,且氨基酸序列在该结构域的A、B、C、D和E5个亚区高度保守;同时发现这3个NAC类转录因子都有核定位信号及相关的转录调控功能区域。通过系统进化树分析,发现其中之一的TaNAC1属于NAC转录因子家族第Ⅰ组的NAP亚组,TaNAC3属于ATAF1亚组,TaNAC5属于NAM亚组;根据系统进化树和相关基因的功能分析,我们推测小麦转录因子TaNAC1、TaNAC3和TaNAC5可能参与植物生长发育调控或对生物、非生物胁迫作出的应答反应。

乌拉尔图小麦NAC转录因子的筛选与分析

NAC是植物特有的具有多种功能的一类转录因子,广泛参与植物的生长发育、器官建成及抗逆境胁迫等反应。目前有关NAC转录因子的研究主要针对模式植物(如拟南芥和水稻),而在小麦中的研究相对较少。本文利用生物信息学方法,获得乌拉尔图小麦(Triticum urartu)NAC转录因子家族基因的全长序列,并对其进化关系、生物学功能、染色体定位以及基因复制等进行预测与分析,同时利用荧光定量PCR验证相关转录因子在非生物胁迫下的表达模式。结果显示,共筛选得到87个乌拉尔图小麦全长NAC转录因子,通过进化树分析将其分为7个亚族,其中39个NAC转录因子被定位在7条染色体上。通过基因复制分析发现,有5对NAC转录因子基因发生了复制。进一步通过荧光定量验证4个NAC转录因子在非生物胁迫下的表达模式,发现4个转录因子均受不同胁迫而上调表达。

三七NAC转录因子基因PnNAC1的克隆及表达特性分析

为了揭示三七抗病防卫反应的调控机制,对三七的一个NAC转录因子的全长cDNA进行了克隆和表达特性分析。以一年生三七幼苗为材料,根据编码NAC转录因子的三七转录组Unigene设计引物,采用快速扩增cDNA末端技术,克隆得到一个新的NAC转录因子基因,命名为PnNAC1。序列分析表明,该基因全长815 bp,含有24 bp的5'非翻译区和215 bp的3'非翻译区,以及576 bp开放阅读框,共编码191个氨基酸,具有保守的NAC结构域。实时荧光定量PCR结果显示茉莉酸甲酯预处理三七根部大幅提高了PnNAC1在根中的转录水平,接种茄腐镰刀菌后,PnNAC1的表达进一步上升,在接种后4 h转录水平达最大值;无菌水预处理的三七中,PnNAC1也快速响应茄腐镰刀菌的侵染,但表达水平明显低于茉莉酸甲酯预处理的样品。接种人参链格孢后PnNAC1在叶片的表达量受抑制。茉莉酸甲酯、乙烯利、水杨酸和过氧化氢4种信号分子处理三七根部均诱导PnNAC1的表达。表明PnNAC1响应几种逆境相关信号分子,并参与三七对茄腐镰刀菌和人参链格孢的防卫反应。

菠萝NAC转录因子基因AcoNAC1生物信息学及表达分析

NAC转录因子作为植物中数量最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及各种逆境胁迫中发挥非常重要的调控作用。本研究以菠萝为试验材料,采用RT-PCR技术克隆得到基因AcoNAC1(GenBank登录号:XM_020225830),对其进行生物信息学及表达分析。生物信息学分析表明,该基因cDNA序列全长1723 bp,ORF为1062 bp,编码353个氨基酸,相对分子量为38.34 kDa,理论等电点为8.88;其编码蛋白的二级结构由20.40%的α-螺旋(H)和15.30%的β-折叠(E)以及59.21%的无规则卷曲(C)组成,具有NAC典型结构保守域。基因表达分析表明,AcoNAC1基因的表达受低温和干旱胁迫诱导,低温胁迫24 h和干旱胁迫12 h时的表达量最高;在不同成熟期品种中表现出持续的诱导表达,但诱导强度逐渐下降,其中早熟品种谢花后20~50 d及晚熟品种谢花后20~60 d基因表达量均处于较高水平。因此,推测AcoNAC1基因可能参与菠萝逆境胁迫响应以及果实发育与成熟的调控。