植物NAC膜结合转录因子的研究进展

NAC膜结合转录因子（NTLs）是NAC转录因子家族中一类带有跨膜结构蜮的转录调控因子,其N端含有高度保守的NAC结构域,C端含有跨膜结构域,在植物的生长发育、逆境胁迫应答中具有重要作用。主要介绍了植物NAC膜结合转录因子结构特点、生物学功能、作用机制等方面的最新研究进展。     

慈竹中2个NAC转录因子的克隆与分析

基于慈竹转录组数据库,从慈竹笋克隆得到2个NAC基因,分别命名为BeNAC3(GenBank登录号KU821587)和BeNAC4(GenBank登录号KU821588),在生物信息学分析的基础上,研究了2个基因的组织表达模式和转录活性。TMHMM软件和系统进化分析表明,BeNAC3和BeNAC4都有一个明显的跨膜结构域,可能是膜结合蛋白,且两者分别与NAC2亚家族和ANAC011亚家族有较高相似性。根据BeNAC3在笋、未展开叶、展开叶和茎中的相对表达量,及其在进化树中与NAC2亚家族近似的亲缘关系,推测其可能与激素合成调控及开花有关;而BeNAC4基因在成熟组织中表达量明显高于幼嫩的笋和未展开叶,表明其可能参与慈竹的次生生长发育调控。酵母单杂活性实验分析表明,BeNAC3和BeNAC4都能够激活β-半乳糖苷酶基因(lacZ)的表达,表明这2个基因均具有一定的转录活性。该研究结果为今后获得转基因慈竹植株功能的验证奠定了一定的基础。     

普通小麦TaNAC1基因的表达及在拟南芥中的遗传转化

NAC类转录因子是植物特有的转录因子家族,在调节植物生长发育及逆境胁迫应答反应中起着重要作用。本文从普通小麦幼叶中获得了一个编码NAC结构域的转录因子基因,命名为Ta NAC1;氨基酸序列分析表明,Ta NAC1具有典型的NAC类转录因子所具有的五个亚结构域,隶属于NAC类转录因子的ATAF亚类;亚细胞定位实验表明,Ta NAC1蛋白在细胞核内表达;转录水平上,Ta NAC1基因的表达受到PEG、ABA、低温及高盐等非生物胁迫条件的诱导;将Ta NAC1转化拟南芥后,与野生型比较发现,Ta NAC1基因的过量表达会使转基因植株出现叶片发育畸形且生长缓慢,植株矮化及茎部融合等表型,表明Ta NAC1基因可能在参与小麦叶片及茎的发育中起着重要的调控作用。     

ANAC092参与调控花药发育的功能初探

NAC家族转录因子是高等植物特有的一类转录因子, 功能广泛, 这类蛋白在植物次生生长、细胞分裂、植物衰老、尤其在激素和信号途径起关键调控作用。ANAC092已报道参与侧根发育, 并与衰老相关。为研究ANAC092基因在花药发育过程中的功能, 文章构建了拟南芥ANAC092启动子的GUS载体, 结合原位杂交分析结果表明, ANAC092在花药发育过程中时序性表达, 在花药发育的8~11期绒毡层表达, 其中在9~10期的表达量达到最高值, 与AMS(Aborted microspores)的表达时期有重合。构建ANAC092过表达体系, 筛选出转基因纯合株系。与野生型相比, 过表达ANAC092转基因植株中花粉数量减少, 花粉粒的长度增加。qRT-PCR结果表明, 过表达株系中与花粉发育相关的基因SPL、EMS1、DYT1、AMS的表达量上调。结合生物信息学分析表明, ANAC092启动子序列中有7个AMS的结合位点, 因此推测ANAC092可能位于AMS的下游而参与花药发育过程。     

小麦NTL转录因子的全基因组鉴定及其在小麦与条锈菌互作过程中的表达变化分析

NTL(NAC with transmembrane motif 1-like,NTM1-LIKE)类转录因子是NAC转录因子家族的一员,其特征是除NAC结构域外,C末端具有跨膜结构域。NTL转录因子已被证实在植物发育以及响应生物和非生物胁迫中发挥着重要作用,但小麦中NTLs的研究相对较少。基于此,对小麦中NTL类转录因子进行全基因组鉴定,并分析NTLs的系统发育、基因结构、保守基序及其在小麦与亲和条锈菌互作过程的表达变化。结果表明,在小麦中有17个NTLs,属于7个同源群,分布在12条染色体上,亚细胞定位的预测分析结果显示,NTL转录因子在细胞核、质膜、叶绿体类囊体及内质网膜都有定位信号的出现。此外,部分NTL转录因子的表达受小麦与条锈菌亲和互作的诱导。研究结果为小麦NTL转录因子家族的功能分析提供了一定的参考。     

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。     

巴西橡胶树HbNTL1基因启动子的克隆与序列分析

膜结合NAC转录因子(NTLs)是植物NAC转录因子家族中一类C端具有跨膜结构域(transmembrane motifs,TMs)的转录调控因子,在植物生长发育、激素调节和逆境胁迫应答中具有重要的功能。根据巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)膜结合类NAC转录因子HbNTL1基因cDNA序列,利用基因组步移的方法从巴西橡胶树叶片基因组DNA中克隆获得了HbNTL1基因上游1 718 bp的调控片段。序列分析表明,该段序列含有一个典型的真核生物核心启动子区域,转录起始位点A位于起始密码子上游206 bp处。该启动子序列除了含有多个TATA-box、CAAT-box等基本顺式作用元件外,还存在赤霉素、茉莉酸和脱落酸等激素响应元件以及大量逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件,如ABRE、DOFCOREZM、MYBCORE、W-box和MYCCONSENSUSATHSE等反应元件,表明HbNTL1转录因子可能是一个逆境胁迫相关NAC转录因子,在橡胶树抵御逆境胁迫的生理过程中具有重要功能。     

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。     

WRKY25过量表达导致拟南芥在长光照下开花提前

WRKY基因家族是主要存在于植物中的一大类转录调控因子,拥有很多家族成员.拟南芥WRKY25属于第Ⅰ类WRKY蛋白,参与植物生物和非生物胁迫反应.通过GUS染色和qRT-PCR发现WRKY25基因主要在根,叶和茎生叶中表达.过量表达WRKY25的转基因植株在长光照下比野生型拟南芥提前开花.通过RT-PCR检测与开花时间相关基因发现,AP1基因的表达量在培养21 d和27d的WRKY25过量表达植株中上调,由此推测WRKY25很可能通过增强AP1的表达来影响开花.     

CREB4基因的表达谱分析和功能初步研究

cAMP反应元件结合蛋白(cAMPresponseelement-bindingproteins,CREB)是一个哺乳动物转录因子家族,通过cAMP反应元件(cAMPresponseelement,CRE)介导cAMP和钙离子依赖性基因表达。CREB4是CREB转录家族的新成员。人肿瘤MTCpanel结果显示,CREB4在人肺癌LX-1、结肠腺癌CX-1、前列腺癌PC-3、结肠癌G1-112和胰腺癌G1-103中有表达。构建表达CREB4-LexA和CREB215~395aa-LexA的pLexA融合质粒分别转化含p8opLacZ报告质粒的酵母EGY48菌株,诱导表达后发现CREB4蛋白为转录激活因子,N端决定其转录激活活性。亚细胞定位结果显示,全长CREB4蛋白定位于细胞质,而缺失C端假定转膜结构域的CREB41~275aa蛋白突变体则转移至细胞核内。表达谱结果显示CREB4蛋白可能在人多种肿瘤组织的基因表达调控中起作用,其C端假定的转膜结构域与其转录激活功能密切相关。     

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转录因子是特异存在于植物中的具有多种生物功能的新型转录因子.其家族成员N端含有保守NAC结构域(约150个氨基酸),C端为高度变异的转录激活区.NAC基因表达特异,功能涉及植物生长发育、激素调控和胁迫响应等重要方面.现综述植物NAC转录因子的基本结构、生物功能及新型膜相关转录因子的研究.     

互花米草NAC转录因子家族的鉴定与表达分析

互花米草(Spartina alterniflora)作为一种海岸带盐生植物,高度耐盐胁迫,但因为缺少参考基因组,其耐盐的分子机制却尚未见报道。NAC家族蛋白是植物特有的转录因子,调控植物的生长发育和胁迫应答。为了鉴定互花米草NAC蛋白(SaNAC)并探究它们与互花米草生长发育及胁迫响应之间的关系,本研究以互花米草三代全长转录组数据为参考,通过与水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和玉米(Zea mays)NAC蛋白序列进行比对,并结合保守功能域进一步筛选,最终找到62个SaNAC蛋白。从蛋白序列比对、进化、motif预测、同源性比较、亚细胞定位、组织表达以及非生物胁迫下的基因差异表达等方面分别对互花米草NAC家族成员进行分析,结果发现SaNAC蛋白均含有保守的NAM结构域,且在进化上与水稻NAC家族具有一定的相似性;SaNAC家族中的两个蛋白SaNAC9和SaNAC49在细胞核表达;另外,本研究还发现互花米草SaNAC基因表达具有高度组织和胁迫应答差异性。这些结果表明互花米草NAC转录因子家族不仅具有保守的功能域,而且在调控互花米草的生长发育和非生物胁迫响应过程中具有重要的作用。     

日本晚樱PrseSHP基因的克隆与功能分析

采用同源克隆方法结合RACE技术,从日本晚樱(Prunus lannesiana)品种‘大岛樱’中克隆到花发育调控相关的PrseSHP基因(GenBank登录号为GU362645)。PrseSHP基因序列全长1 223bp,包含1个长741bp的完整开放阅读框,编码246个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析表明,PrseSHP属MADS-box转录因子的PLE/SHP进化系,并与蔷薇科植物的SHP同源蛋白聚于同一进化分支;蛋白序列比对显示,该转录因子拥有M、I、K和C共4个结构域,且其C末端结构域中包含高度保守的AGⅠ和Ⅱ基序。基因表达分析表明,PrseSHP基因主要在‘大岛樱’的花瓣、雄蕊、雌蕊和幼果等器官中表达,在花萼中仅能检测到微弱的转录信号,在幼叶中不表达,与其他植物SHP同源基因的表达模式有一定的差别。功能分析显示,转PrseSHP基因拟南芥植株明显比野生型拟南芥弱小,转基因拟南芥在6~8片莲座叶后即抽薹开花,时间较野生型拟南芥(14~17片莲座叶后抽薹开花)明显提前,证明异位表达的PrseSHP基因能促进拟南芥早花,其在花发育过程中可能参与调控植物开花。     

棉花类结瘤素MtN21基因家族生物信息学分析

结瘤素基因主要参与豆科植物根瘤的形成。非结瘤植物中也存在类结瘤素基因, 主要调控植物的生长发育。MtN21 (Medicago truncatula NODULIN 21)基因家族属于类结瘤素基因家族, 仅少数成员已被鉴定。以拟南芥(Arabidopsis thaliana) MtN21家族为参考, 对棉花(Gossypium hirsutum) MtN21基因家族进行了生物信息学分析, 发现棉花与拟南芥的 MtN21基因同源性较高, 有共同的跨膜结构域EamA和PLN00411; 棉花中仅含PLN00411结构域的MtN21蛋白等电点低于含EamA结构域的蛋白; 亚细胞定位主要在质膜、液泡膜和叶绿体, 少数在细胞核; MtN21蛋白具有膜内侧的磷酸化位点。研究结果表明, 棉花MtN21为跨膜蛋白, 具有转运活性, 可能在棉花生长发育和病原体免疫方面发挥一定的作用。     

NAC1上游调控区表达特征及其与侧根激素诱导的关系

从拟南芥(Arabidopsis thaliana）中克隆到与侧根原基发生相关的转录因子基因NAC1上游调控区序列,构建由该序列驱动β-葡聚糖苷酶基因(GUS)的植物表达载体并转化烟草(Nicotiana Tabaccum),经筛选获得了在根组织高GUS活性而地上部痕量表达的转基因烟草植株。对转基因植株进行GUS活性和染色分析,结果表明NAC1上游调控区驱动的GUS基因表达具有根部组织特异性,在侧根顶端分生组织区、侧根原基基部和幼嫩侧根基部表达。用IBA,GA₃,GA₄₊₇处理转基因植株根部,NAC1上游调控区驱动的GUS表达均增强,表明生长素、赤霉素可显著诱导NAC1上游调控区的表达,并参与侧根发生的调控。     

苦荞NAC转录因子FtNAC17的鉴定及表达分析

植物特有的NAC转录因子参与植物生长发育和逆境响应。研究苦荞中NAC转录因子在非生物胁迫中的应答,为阐明基因功能提供理论依据。以苦荞为试验材料,克隆一个NAC家族基因,对其进行生物信息学分析。通过荧光定量PCR技术检测该基因在干旱、低温、盐、茉莉酸甲酯、脱落酸和赤霉素胁迫时的响应情况。该基因编码272个氨基酸,将其命名为FtNAC17,GenBank登录号为MT641452。基因结构分析表明,FtNAC17由2个外显子和1个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明,FtNAC17蛋白与拟南芥ANAC002亲缘关系最近,属于NAC转录因子家族中同一亚组。FtNAC17对干旱、低温、盐等非生物胁迫均有不同程度的响应。     

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。