非生物胁迫相关NAC转录因子的结构及功能

NAC是植物特有的一类转录因子,参与植物多个生长发育过程,还参与植物对逆境胁迫的响应。本文对非生物胁迫相关NAC转录因子的结构特征、功能预测、表达特性、在转基因植物中的作用及调控路径进行综述。非生物胁迫相关NAC转录因子具有典型的NAc胁迫亚家族结构特征,根据这些结构特征可以预测其功能;非生物胁迫相关NAc转录因子能响应多种非生物胁迫,其转基因过表达大多能使转基因植物提高一种或几种胁迫耐受性;非生物胁迫相关NAc转录因子有着复杂的调控路径。这些NAc转录因子可用于提高转基因植物的逆境耐受性。     

Gene Structure, Chromosomal Location, and Expression Pattern of Maleylacetoacetate Isomerase

The gene for maleylacetoacetate isomerase (MAAI) (EC 5.2.1.2) was the last gene in the mammalian phenylalanine/tyrosine catabolic pathway to be cloned. We have isolated the human and murine genes and determined their genomic structure. The human gene spans a genomic region of approximately 10 kb, has 9 exons ranging from 50 to 528 bp in size, and was mapped to 14q24.3-14q31.1 using fluorescence in situ hybridization. The complete catabolic pathway of phenylalanine/tyrosine is normally restricted to liver and kidney, but the maleylacetoacetate isomerase gene is expressed ubiquitously. This suggests a possible second role for the MAAI protein different from phenylalanine/tyrosine catabolism. We have searched for mutations in the maleylacetoacetate isomerase gene in four cases of unexplained severe liver failure in infancy with clinical similarities to hereditary tyrosinemia type I (pseudotyrosinemia). Several amino acid changes were identified, but all were found to retain MAAI activity and thus represent protein polymorphisms. We conclude that MAAI deficiency is not a common cause of the pseudotyrosinemic phenotype.     

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。     

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。     

番茄NAC转录因子家族的鉴定及生物信息学分析

NAC转录因子家族是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、器官建成及逆境胁迫和激素信号应答中均发挥重要作用。本研究在基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄的NAC转录因子家族成员、分布及结构和功能等进行分析。预测结果显示番茄NAC家族包含102个蛋白质,分为12亚族,其中茄属特有的TNAC亚族中成员最多,具有25个,其他NAC转录因子与拟南芥NAc家族具有相似分类。保守基序分析,在番茄NAC结构域中包含7个保守的NAM基序,主要分布在序列的N端,表明这些基序的存在对NAC蛋白质功能的执行是必需的。理化性质和结构分析表明,番茄NAC蛋白质绝大多数是亲水蛋白质,主要以无规则卷曲构成,而α-螺旋、β-折叠和β-转角则散布于整个蛋白质中,在各亚族中没有规律。     

马铃薯StCRKs基因家族的鉴定分析及响应逆境信号的表达

为鉴定马铃薯（Solanum tuberosum）中富含半胱氨酸的类受体激酶（cysteine-rich receptor-like kinase,CRKs）,利用Pfam等工具对马铃薯蛋白质组和基因组序列进行分析,共鉴定到18个新的马铃薯StCRKs家族基因,这些基因分布在1、2、11和12号染色体上,均具有典型保守的CRK结构域。StCRKs基因的启动子区具有响应5种植物激素、昼夜节律、生物胁迫、非生物胁迫及种子特异性的响应元件。利用qRT-PCR方法对马铃薯盆栽苗开花期的根、茎、叶和花中的18个StCRKs基因进行组织特异性表达分析,结果显示不同基因的表达部位不同。分别用水杨酸类似物BTH和4 ℃低温处理马铃薯,有13个StCRKs基因能够响应低温信号,10个StCRKs基因能够被水杨酸类似物BTH诱导。为进一步深入研究StCRKs在生物胁迫及非生物胁迫中的功能提供了线索。     

The IQD Gene Family in Soybean: Structure,Phylogeny, Evolution and Expression

Members of the plant-specific IQ67-domain (IQD) protein family are involved in plant development and the basal defense response. Although systematic characterization of this family has been carried out in Arabidopsis, tomato (Solanum lycopersicum), Brachypodium distachyon and rice (Oryza sativa), systematic analysis and expression profiling of this gene family in soybean (Glycine max) have not previously been reported. In this study, we identified and structurally characterized IQD genes in the soybean genome. A complete set of 67 soybean IQD genes (GmIQD1–67) was identified using Blast search tools, and the genes were clustered into four subfamilies (IQD I–IV) based on phylogeny. These soybean IQD genes are distributed unevenly across all 20 chromosomes, with 30 segmental duplication events, suggesting that segmental duplication has played a major role in the expansion of the soybean IQD gene family. Analysis of the Ka/Ks ratios showed that the duplicated genes of the GmIQD family primarily underwent purifying selection. Microsynteny was detected in most pairs: genes in clade 1–3 might be present in genome regions that were inverted, expanded or contracted after the divergence; most gene pairs in clade 4 showed high conservation with little rearrangement among these gene-residing regions. Of the soybean IQD genes examined, six were most highly expressed in young leaves, six in flowers, one in roots and two in nodules. Our qRT-PCR analysis of 24 soybean IQD III genes confirmed that these genes are regulated by MeJA stress. Our findings present a comprehensive overview of the soybean IQD gene family and provide insights into the evolution of this family. In addition, this work lays a solid foundation for further experiments aimed at determining the biological functions of soybean IQD genes in growth and development.     

大豆KNOX基因家族的结构和表达分析

KNOX基因家族编码同源异型盒蛋白, 在植物生长发育过程中起重要调控作用。利用生物信息学手段在全基因组水平上对大豆(Glycine max)KNOX家族基因进行鉴定和分类, 并分析其基因结构、蛋白同源结构域特征以及基因表达方式。研究结果表明: 大豆中的27个GmKNOX基因可以分为GmKNOX I和GmKNOX II两个亚类, 其中GmKNOX I类可分为3个主要的进化支, GmKNOX II类分为2个主要的进化支; 26个GmKNOX基因不均匀地分布在16条染色体上, GmKNOX27尚无法定位。不同组织表达谱的分析表明: GmKNOX I类基因表达部位比较集中, 以茎顶端分生组织中表达量最高; 而GmKNOX II类基因的表达特异性较GmKNOX I类低, 表达部位更广泛。     

大豆基因家族的结构和表达分析

KNOX基因家族编码同源异型盒蛋白,在植物生长发育过程中起重要调控作用。利用生物信息学手段在全基因组水平上对大豆（Glycine Max）KNOX）（家族基因进行鉴定和分类,并分析其基因结构、蛋白同源结构域特征以及基因表达方式。研究结果表明：大豆中的27个GmKNOX基因可以分为GmKNOXl和GmKNOXll两个亚类,其中GmKNOXl类可分为3个主要的进化支,GmKNOXll类分为2个主要的进化支：26个GmKNOX基因不均匀地分布在16条染色体上,GmKNOX27尚无法定位。不同组织表达谱的分析表明：GmKNOXl类基因表达部位比较集中,以茎顶端分生组织中表达量最高：而GmKNOXll类基因的表达特异性较GmKNOXl类低,表达部位更广泛。     

无苞芥NAC转录因子基因OpNAC026的克隆与分析

在新疆耐逆植物无苞芥幼苗cDNA文库的随机克隆测序结果中,发现1条与拟南芥NAC转录因子基因AtNAC026高度相似的5′端EST序列(GenBank登录号为JZ151854),对该克隆进行3′端测序,拼接得到一条全长1 327bp的cDNA序列,该序列包含一个906bp的最大开放阅读框(ORF),推测编码301个氨基酸。根据该ORF序列设计引物,利用RT-PCR技术对其进行克隆,将该基因命名为OpNAC026(GenBank登录号为KM457621)。理化性质分析表明,OpNAC026蛋白是一个无跨膜区域的亲水蛋白,在N端具有一段保守结构域;蛋白质二级结构预测显示,OpNAC026蛋白包含54个α-螺旋和12个β-转角。系统进化树分析表明,OpNAC026基因与拟南芥AtNAC026和AtNAM进化关系最近。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析显示,OpNAC026基因在无苞芥的各组织中都有表达,在叶中表达量最高;高盐胁迫处理24h、干旱12h、ABA 6h、4℃低温8h处理均可明显诱导OpNAC026基因的表达。研究表明,OpNAC026基因可能参与无苞芥抗逆机制的调控。     

茶树中2个NAC转录因子基因的克隆及温度胁迫的响应

利用茶树转录组数据库,检索得到2个NAC家族转录因子基因CsNAC1和CsNAC2。通过RT-PCR方法,将其从茶树‘迎霜’中分离克隆,利用荧光定量PCR方法,对CsNAC1和CsNAC2基因在‘迎霜’和‘安吉白茶’2个茶树品种不同组织以及温度胁迫处理下的表达进行分析,以探讨NAC家族转录因子在温度胁迫下的响应特征。结果表明:(1)CsNAC1和CsNAC2基因开放阅读框长度分别为1 044和1 047bp,分别编码347个和348个氨基酸;蛋白功能域预测和多重对比显示,CsNAC1和CsNAC2蛋白N端均含有典型NAC家族成员所具有的NAM保守结构域。(2)进化分析表明,CsNAC1和CsNAC2分别属于NAC家族的NAP和AtNAC3亚家族。(3)三维分子模型建模显示,CsNAC1和CsNAC2蛋白分别含有3个和2个α-螺旋,6个和7个β-折叠。(4)荧光定量PCR结果显示,CsNAC1在2个茶树品种中具有较相似的组织特异性,均在茶树成熟叶中表达量最高;CsNAC2则分别在‘安吉白茶’的幼叶中,‘迎霜’的根中表达量最高;高温(38℃)和低温(4℃)处理下,CsNAC1和CsNAC2基因的表达均受不同温度胁迫影响,不同茶树品种、不同时间段的表达存在差异。     

番茄低温响应转录因子SlNAC41克隆及表达分析

NAC转录因子在调控植物生长发育、生物及非生物逆境应答中发挥着重要作用。前期,我们通过对番茄幼苗在低温胁迫下的基因表达谱进行分析,发现Unigene SGN-U212711受低温诱导表达强烈。本研究从番茄中克隆了该基因,命名为Sl NAC41,其开放阅读框（ORF）1 173 bp,编码390个氨基酸,蛋白N端具有典型的NAM结构域,属于NAC转录因子家族成员。预测Sl NAC41蛋白分子量为43.5 k Da,等电点为5.2。实时荧光定量PCR分析表明,Sl NAC41在番茄各组织均有表达,在花中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。低温、干旱、高盐、甲基紫精（MV）、脱落酸（ABA）及乙烯利（ETH）处理均能诱导该基因的表达,其中,以低温和干旱诱导表达最为强烈。利用PLACE和Plant CARE对启动子序列进行预测分析发现,Sl NAC41启动子区含有大量响应光、病原菌侵染、激素、低温、脱水及盐胁迫的顺式作用元件。这些结果表明,Sl NAC41可能在番茄生物及非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。