毛竹中NAC转录因子的克隆与序列分析

NAC(NAM,ATAF1/2和CUC2)是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、器官建成、激素调节和防御抵抗多种生物和非生物胁迫等方面都发挥着重要作用。利用BeNAC1为饵基因,通过NCBI tblastn在毛竹的cDNA文库中筛选到7个与其相似性较高的cDNA全长序列,分别命名为PeNAC1、PeNAC2、PeNAC3、PeNAC4、PeNAC5、PeNAC6和PeNAC7。基因组分析显示,这7个NAC家族转录因子都具有3个外显子,2个内含子;氨基酸序列分析显示其N端都含有典型的NAC保守结构区域,且大多属于ATAF和NAP亚家族。功能分析显示,这些NAC转录因子可能参与毛竹的激素调节、干旱胁迫、盐胁迫、寒冷胁迫等非生物胁迫及昆虫侵害等生物胁迫的防御抵抗,有的还可能参与毛竹的叶片衰老调控。     

植物NAC转录因子的结构及功能研究进展

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC1/2)转录因子是植物特有的一类转录因子家族,在植物生长发育、生物及非生物胁迫反应中具有重要的调控作用。NAC蛋白的N端均存在1个高度保守的NAC结构域,而C端是变化的转录调控区。通过总结前人的研究进展,综述NAC转录因子在植物分生组织和器官边界的形成、根的发育、植物细胞次生壁的生长、植物衰老、激素调控和胁迫反应等过程中的重要调控作用,指出今后NAC转录因子的研究方向。     

玉米ZmNAC1基因的克隆与分析

[目的]NAC(NAM,ATAF1,ATAF2和CUC2)转录因子是植物中特有的具有多种生物学功能的转录调控因子,通过与下游靶基因启动子区域内特异的DNA序列结合,调控下游胁迫应答基因的表达,从而发挥其转录调控功能.本研究从玉米自交系B73中分离得到一个玉米NAC转录因子家族基因ZmNAC1,并对其进行氨基酸序列比对、氨基酸组成和系统进化分析,为进一步研究ZmNAC1基因在非生物胁迫反应中的生物学功能奠定基础.[方法]运用RT-PCR技术克隆基因全长cDNA,应用多种生物信息软件分析基因序列特征:氨基酸组成、保守结构域、跨膜结构域.[结果]结果表明ZmNAC1基因全长962 bp,共编码302个氨基酸;Zm-NAC1蛋白的N-末端具有NAC家族典型的NAM结构域;玉米ZmNAC1与高粱SbSNAC1的氨基酸序列一致性达到80.12％;系统进化分析结果表明ZmNAC1可能在植物抗逆过程中发挥重要功能.     

胡杨NAC转录因子PeNAC045基因的克隆及功能分析

NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)域蛋白是植物特有的最大的转录因子家族之一,在调节衰老,细胞分裂,木质形成,生物和非生物胁迫等方面发挥重要作用。本研究从胡杨中成功克隆出与胁迫相关的基因,并命名为PeNAC045。测序结果表明,PeNAC045基因编码区长度为915 bp,编码304个氨基酸,与毛果杨PtrNAC045的氨基酸一致性为96.05%。对PeNAC045基因在NaCl和干旱胁迫下的表达情况进行了分析,PeNAC045基因的表达受高盐和干旱的强烈诱导。利用PeNAC045的cDNA全长构建表达载体pBI121-PeNAC045-GFP,测序确认后,将重组结构和阳性对照(空载体)分别转化野生型拟南芥(Col-0),进行亚细胞定位观察,结果显示PeNAC045-GFP融合蛋白定位于细胞核上,并由DAPI进行核染色标定。利用农杆菌花序侵染法将构建的表达载体pCAMBIA1301-PeNAC045转化野生型拟南芥和突变体(ataf2),通过PCR鉴定,获得过表达植株及ataf2/PeNAC045回补株系。对各株系进行NaCl胁迫处理,分析PeNAC045基因的生物学功能。在150 mmol/L NaCl胁迫下,相比于拟南芥突变体和野生型植株,拟南芥PeNAC045过表达株系的萌发率降低,根长变短。此外,拟南芥PeNAC045过表达株系的株高明显低于其他株系,其在苗期对盐胁迫的敏感性增加。研究结果表明,在盐胁迫下,PeNAC045作为转录调节因子,负调控胁迫相关基因的表达。      

玉米Zma006292基因克隆与序列分析

【目的】玉米是世界主要农作物之一,生物及非生物胁迫对玉米产量影响严重。植物复杂的逆境胁迫信号转导途径中,NAC转录因子通过调控诸多基因的表达发挥其抗逆功能。本研究从玉米自交系B73中分离得到ATAF亚家族NAC基因Zma006292,并对其进行序列分析。【方法】RT-PCR技术克隆基因全长cDNA,通过序列比对和构建系统进化树分析Zma006292氨基酸序列特征和进化关系。通过生物信息学预测氨基酸组成特征、保守结构域、亚细胞定位和蛋白三级结构。【结果】克隆得到Zma006292全长cDNA 609bp。     

水分胁迫下16个玉米NAC转录因子的序列特征和表达分析

NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子是植物所特有的转录因子家族,其参与植物生长发育、激素调控和胁迫响应等众多生理生化过程。对16个玉米NAC转录因子进行了序列特征、基因结构和保守区域分析发现,它们均含有保守的NAC结构域和不稳定的转录激活域,编码的氨基酸长度变异幅度为174~1 467aa。通过qRT-PCR发现,水分胁迫下NAC基因在玉米幼苗根茎叶中均有不同程度的上调或下调,其中,GRMZM2G014653_P01和GRMZM2G180328_P01这2个基因在水分胁迫条件下,不同胁迫时期在根茎叶中都呈现上调表达,各时期上调表达的总量达到对照的221倍。试验证明,部分NAC转录因子参与了玉米对干旱胁迫的响应过程,在玉米耐旱遗传改良中具有潜在的实际应用价值。     

植物NAC转录因子的研究进展

近年来,新发现的NAC转录因子是具有多种生物功能的植物特异性转录因子,其N端为150个左右保守的氨基酸组成的NAC结构域。NAC转录因子在植物生长发育、激素调节和抵抗逆境胁迫等方面发挥着重要的作用。就植物NAC转录因子的基本结构特征、生物学功能及其在植物细胞次生壁生物合成过程中的作用进行了综述。     

NAC转录因子国内研究进展

NAC是一类植物特有的转录因子,参与植物生长发育过程中的多种生物学过程,包括生殖器官和营养器官的发育、侧根形成、激素传导、组织衰老、以及生物和非生物胁迫应答等。本文介绍了国内NAC转录因子在玉米、水稻和大豆中的生物学功能以及表达调控等方面的研究进展。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

紫花苜蓿NAC类转录因子基因MsNAC2的克隆及其功能分析

【目的】NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,N端含有一段高度保守、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。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。作者从紫花苜蓿中克隆了一个NAC类转录因子基因MsNAC2,期望通过分析其DNA和氨基酸序列特征,阐明其在紫花苜蓿中响应非生物胁迫的表达模式,通过在烟草中过量表达鉴定其生物学功能,为进一步了解MsNAC2在紫花苜蓿中的耐逆调控机理提供试验基础,并为通过转基因技术改善紫花苜蓿抗逆力和提高其品质奠定研究基础。【方法】应用RT-PCR和RACE技术获得紫花苜蓿MsNAC2全长序列,并进行生物信息学分析。应用real-time PCR技术分析该基因在非生物胁迫下的时空表达特征。构建MsNAC2-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。同时构建pBI121-MsNAC2植物超表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶盘,比较逆境胁迫条件下野生型烟草和转基因株系的表型和生理指标,鉴定超表达MsNAC2对烟草耐逆能力的调控效应。【结果】MsNAC2全长1 358 bp,开放阅读框长度为1 023 bp,编码340个氨基酸,编码蛋白质分子量为39.4 kD,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异。进化树聚类分析表明,该基因与脐橙CsNAC亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明MsNAC2定位于细胞核。转录水平表达分析表明MsNAC2受250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000、0.1 mmol·L^-1 ABA和4℃胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC2在根中的表达量要明显高于在叶中的表达量。抗性试验结果显示,在NaCl、PEG和4℃冷害胁迫下,转基因烟草苗高、根长、鲜重和干重等生长指标均高于野生型。生理指标检测结果表明,在250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000和4℃处理24 h后,转基因烟草叶片丙二醛含量明显低于野生型烟草,分别为野生型的82.6%、73.2%和77.8%。脯氨酸含量高于野生型烟草,分别达1.52倍、1.72倍和2.24倍,且SOD和POD的活性均高于野生型烟草,分别为野生型的1.101倍、1.105倍、1.33倍和1.12倍、1.08倍及1.19倍。【结论】从紫花苜蓿中克隆了一个新的NAC转录因子基因MsNAC2,该基因能够对盐、冷害和干旱胁迫产生响应,与野生型烟草相比,过量表达MsNAC₂烟草具有较强的耐盐、抗旱和抵御寒冷的能力,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。     

蔬菜作物应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究进展

蔬菜作为重要的经济作物,近年来的种植面积、产量及需求都在不断增加。蔬菜作物在生长和发育过程中经常受到非生物逆境（包括干旱、盐、极端温度及重金属胁迫等）的侵害,影响其产量及品质。近十年来,国内外关于蔬菜应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究领域取得了一定的进展。在应答干旱胁胁迫方面,DREB、WRKY、NAC、bHLH及bZIP等转录因子受干旱信号诱导,调节下游抗旱基因的表达,从而提高蔬菜作物抗旱能力。同时,水分运输相关功能基因（PIP、TIP）、E3连接酶SIZ1及脱水蛋白DHN也被报道受干旱诱导,并通过调节水势、渗透势及ROS积累抵御干旱胁迫。在抵御盐胁迫方面,SOS途径至关重要。SlSOS2能够通过调节SlSOS1和Na+/H+逆向转运蛋白LeNHX2/4的表达维持离子平衡和调节植物器官中Na+的分配。蔬菜抗盐研究中NAC、ERF、MYB等转录因子响应盐胁迫并激活抗逆相关基因表达,从而提高蔬菜作物抗盐能力。此外蔬菜植物大量合成渗透调节物质是其抵御盐胁迫的常见方式。吡咯啉-5-羧酸合成酶PvP5CS和tomPRO2、脯氨酸脱氢酶BoiProDH等在盐胁迫下能提高脯氨酸的含量;过表达甜菜碱醛脱氢酶SlBADH能提高番茄中甜菜碱含量。在高温胁迫响应过程中,HSFs位于调控网络的核心位置,可调控包括HSPs在内的一系列抗逆基因的表达,番茄中热激转录因子SlHSFs相互之间形成复合体调控下游SlHSPs的表达而应答高温逆境。在低温胁迫中,CBFs/EREBs位于调控网络的核心位置,并受ICE1调控;LEA及HSPs蛋白在低温下能够防止细胞中蛋白质变性并维持细胞膜流动性。蔬菜应答重金属胁迫主要依靠体内隔离和体内外螯合机制。在蔬菜应答非生物逆境的过程中,ABA作为信号受体起到至关重要的作用。蔬菜中NAC、MYB、HSF等转录因子则受ABA信号诱导,应答非生物逆境,进而提高活性氧清除能力,合成更多抗逆物质,从而抵御非生物逆境的侵害。     

玉米干旱诱导表达基因ZmBTF3b的克隆与表达分析

【目的】克隆玉米ZmBTF3b并研究其参与逆境反应的分子机制,为揭示玉米抗逆分子机制奠定基础。【方法】应用生物信息学方法分析ZmBTF3b启动子序列特点;应用酵母单杂交方法验证该基因编码转录因子的转录激活活性;应用实时荧光定量PCR方法分析ZmBTF3b在玉米不同组织中的表达差异及其在非生物胁迫下的表达模式。【结果】从玉米抗旱自交系CN165中克隆得到干旱诱导表达基因ZmBTF3b,该基因编码蛋白含有169个氨基酸,具有新生多肽复合体(nascent polypeptide-associated complex,NAC)保守结构域;酵母单杂交试验证明ZmBTF3b具有转录激活功能;实时荧光定量PCR结果表明,ZmBTF3b在玉米花丝、幼穗、幼胚中表达量较高。ZmBTF3b受脱水干旱胁迫和PEG模拟干旱胁迫诱导根上调表达,而受冷、NaCl、ABA和SA诱导下调表达。【结论】ZmBTF3b编码蛋白具有转录因子的基本特性,在应答逆境胁迫特别是干旱胁迫时起重要作用。     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

转录因子AtWRKY28亚细胞定位及在非生物胁迫下的表达分析

WRKY转录因子在调控植物逆境诱导反应、生长发育及信号转导等方面发挥着重要的分子生物学功能。对转录因子AtWRKY28进行了亚细胞定位,并采用荧光定量PCR技术,对其进行表达分析。结果表明：AtWRKY28在细胞核中行使功能且其表达受多种非生物逆境胁迫因子的影响,其中受机械损伤、高盐的诱导尤为明显,说明该基因可能在响应逆境胁迫中发挥一定的功能。此外,对启动子序列的生物信息学分析发现,AtWRKY28基因的启动子包含多个与非生物逆境反应相关的顺式作用元件。