亚洲棉全基因组中NAC类转录因子基因的鉴定与分析

抗逆性转录因子NAC的生物信息学分析作者：屎美玲，周振华，田忠景，等来源：《湖北农业科学》 2014年第17期康美玲，周振华，田忠景，明东风，马丽（枣庄学院生命科学学院，山东枣庄２７７１６０）摘要：根据在ＮＣＢＩ中已登录的植物转录因子ＮＡＣ家族中与抗逆性有关成员的核苷酸序列和氨基酸序列，应用生物信息学软件分析了其理化性质、疏水性／亲水性、跨膜结构、二级结构、功能结构域等，并构建了这类ＮＡＣ家族成员的系统进化树。

结果表明，１７种ＮＡＣ成员的蛋白质一级结构中存在明显的疏水区和亲水区，都存在明显的ɑ－螺旋和β折叠。

二级结构组成上相似，都由ɑ－螺旋、β折叠和无规则卷曲组成。

这些成员都能够通过同源建模分析ＮＡＣ蛋白质的三维结构。

进化分析表明，它们主要分成４大类群。

通过多序列比对得到了这些成员的保守区段，并设计了简并引物。

关键词：转录因子；ＮＡＣ；生物信息学分析；抗逆性中图分类号：Ｒ３１８．０４文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０14）17－4199-06ＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ FａｃｔｏｒＮＡＣ with Stress ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＫＡＮＧＭｅｉ－ｌｉｎｇ，ＺＨＯＵＺｈｅｎ－ｈｕａ，ＴＩＡＮＺｈｏｎｇ－ｊｉｎｇ，ＭＩＮＧＤｏｎｇ－ｆｅｎｇ，ＭＡＬｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＺａｏｚｈｕａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ２７７１６０，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ／ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ，ｍｅｍｂｒａｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｓｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ－ｒｅａｌａｔｅｄｍｅｍｂｅｒｓｉｎｔｈｅｆａｍｉｌｙｏｆｐｌａｎｔｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒＮＡＣｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ with ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｐｒｉｍａｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ１７ＮＡＣｍｅｍｂｅｒｓｈａｄｏｂｖｉｏｕｓｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃａｎｄｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃａｒｅａｓ，ɑ－ｈｅｌｉｘａｎｄβ－ｓｈｅｅｔ were ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｉｎｔｈｅｉｒｐｒｉｍａｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅwas ｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆɑ－ｈｅｌｉｘ，β－ｓｈｅｅｔａｎｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｃｕｒｌ. Tｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＮＡＣｐｒｏｔｅｉｎｓｗas ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｈｏｍｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ showed ｔｈａｔｔｈｅｙｗｅｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｏｕｒｇｒｏｕｐｓ．Ｂｙｔｈｅａｌｉｇｎｍｅｎｔ of ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｅｍｅｍｂｅｒｓｗｅｒｅ obtained ａｎｄａｐａｉｒｏｆｐｒｉｍｅｒ was designed．Ｔｈｅｗｏｒｋｗｉｌｌｐａｖｅｔｈｅｗａｙｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄing ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＡＣｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｒｅｌａｔｅｄ with ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ；ＮＡＣ；ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ生物体内有大量的转录因子存在，它实际上是一种反式作用因子，存在于众多不同的信号转导途径中，可以特异地与顺式作用元件结合，从而调控目标基因的表达，是各种生化生理活动调节的关键所在［１］。

植物NAC转录因子的研究进展邢国芳;张雁明;长魏斌;马新耀;韩渊怀【摘要】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 transcription factors were new type transcription regulatory factors that possessed multiple biological functions in plants. They contained a conserved NAC domain about 150 ammo acids in N-terminal ends. The NAC transcription factors play very important roles in regulation of plant growth and development, hormone level and response to various kinds of stresses. This article reviews the basic structure, biology function and functions as master transcriptional in the biosynthesis of secondary walls in vascular plants.【期刊名称】《山西农业科学》【年(卷),期】2012(040)004【总页数】4页(P409-411,423)【关键词】NAC转录因子;生物学功能;纤维素合成【作者】邢国芳;张雁明;长魏斌;马新耀;韩渊怀【作者单位】山西农业大学农学院,山西太谷030801;山西农业大学生物工程研究所,山西太谷030801;山西农业大学农学院,山西太谷030801;山西农业大学农学院,山西太谷030801;山西农业大学农学院,山西太谷030801;山西农业大学农学院,山西太谷030801;山西农业大学生物工程研究所,山西太谷030801【正文语种】中文【中图分类】Q786NAC类转录因子是高等植物所特有的一类转录调控因子，其最初命名来源于矮牵牛NAM基因、拟南芥ATAF1/2和CUC1/2基因首字母的缩写，因为这些基因编码蛋白的N端均包含有一段保守的氨基酸序列与NAM蛋白高度同源，所以，将其称为NAC蛋白的结构域[1]。

植物NAC转录因子家族综述作者：龚滨杰来源：《商情》2020年第38期【摘要】植物体内通过调控机适应环境和制抵御逆境胁迫，其中，转录因子与RNA聚合酶Ⅱ结合形成转录起始复合物，参与植物转录起始，进而调控植物生长发育。

NAC是植物特有的转录因子，该家族N端有一个大约150氨基酸的保守NAC结构域，C端有一个高度编译的转录激活区。

目前，不少植物的NAC转录因子已经被发现并鉴定，本文综合分析NAC转录因子的基本结构特征、生物学信息，为深入解析NAC基因调控的分子机制提供科学依据。

【关键词】NAC转录因子;植物生长;生物信息1、NAC转录因子介绍NAC转录因子N端拥有一个介导DNA结合的折叠结构域，C端具有高度多样性，其命名来自于矮牵牛（Petunia hybrida）和拟南芥（Petunia hybrida）CUC1、CUC2，其突变型胚胎不完整（Aida et al.， 1997）。

目前，互花米草（王涛 et al. 2020）、石榴（李圣龙et al. 2019）、柳树（田雪瑶et al. 2019）等的NAC基因家族已经得到分析鉴定。

研究表明，NAC 转录因子不仅普遍参与了植物生长发育过程的调控，包括种子萌发、细胞分裂、细胞次生壁合成、器官边界的建成、分生组织的形成、侧根发育、植物开花和衰老，参与了胁迫应答、激素调控以及诱导寄主对病原菌侵染产生抗性等过程，对于植物生长具有重要作用。

NAC结构域不具有经典的螺旋-转角-螺旋模体，而是由一个扭曲的β-折叠组成，周围还有一些螺旋状的元素（Ernst et al.， 2004）。

2、NAC转录因子的生物学功能NAC转录因子对非生物胁迫（盐、干旱、寒冷等）的调节是通过参与植物胁迫信号转导途径或调节下游基因的表达实现的。

研究表明，NAC蛋白参与植物逆境调控，对植物抗盐碱、抗旱、抗冻等方面具有显著作用。

NAC转录因子对生物胁迫（病原菌感染等）可通过激活传染位点的PR基因（Xie et al.， 1999）或联合形成调节复合物（Ren et al.， 2000）对病原菌进行抵抗。

植物NAC转录因子功能研究进展王春雨;张茜【摘要】NAC(NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2)转录因子家族是植物基因组中最大的转录因子家族之一,也是植物特有的转录因子.在多种陆生植物基因组中已经有超过100个成员被发现和鉴定.植物NAC转录因子具有多种功能,对植物的生长发育调控、植物的逆境胁迫应答、调控植物的抗病性、参与植物次生生长调控以及激素信号转导等生理过程中具有重要作用.就NAC转录因子的基本结构特征和最新的研究进展进行综述,以期为相关研究提供参考.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2018(034)011【总页数】7页(P8-14)【关键词】NAC转录因子;结构特征;生物学功能【作者】王春雨;张茜【作者单位】西北农林科技大学农学院,杨凌712100;西北农林科技大学食品科学与工程学院,杨凌712100【正文语种】中文NAC转录因子是近年来新发现的具有多种生物学功能的植物特异转录因子，广泛分布于陆生被子植物的基因组中，是植物最大的基因家族。

1996年，Souer等［1］从矮牵牛中克隆出了第一个NAC基因NAM（No Apical Meristem），随后又在拟南芥中发现了ATAF1/2和CUC2这三个转录因子基因［2］。

序列比对分析结果发现，NAM、ATAF1/2和CUC2所编码的蛋白质具有较高的同源性。

虽然它们的生物学功能各不相同，但是都具有相似的N端结构，并以其首字母命名为NAC结构域。

目前，在许多植物中都发现了众多的含有NAC结构域的NAC 家族转录因子。

全基因组分析发现，水稻（Oryza sative）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）中分别至少有151和117个NAC家族转录因子基因；杨树（Populus trichocarpa）中至少含有163个成员；而在大豆（Glycine max L.）和烟草（Nicotiana tabacum）中均有至少152 个成员［3］。

水稻NAC转录因子ONAC131、MNAC1和ONAC095在抗病抗逆中的功能研究水稻在生长过程中会遭受各种非生物以及生物逆境胁迫的危害,严重的时候可以造成绝产。

在与逆境胁迫的长期互作过程中,水稻自身也形成了一套适应机制。

转录因子是一类调控基因表达的重要基因,在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要作用。

NAC转录因子是植物所特有的大型转录因子家族之一,与植物的生长发育及抵抗各种逆境胁迫都密切相关。

本文重点研究了水稻ONAC131、MNAC1及ONAC095在抗病抗逆中的功能。

ONAC131是SNAC组中的成员之一,水稻中已报到的与逆境有关NAC基因大部分都位于其中。

ONAC131能够由干旱、盐害及冷害诱导表达,而白叶枯菌处理则抑制其表达。

对其启动子转基因株系GUS染色后发现：只有成熟种子种皮及幼苗叶鞘及叶舌能够染成蓝色。

ONAC131具有转录激活活性,其转录激活区域位于C端；对C端转录活性区域进行截短分析发现：C端228-243aa处的16个氨基酸是转录活性所必须的。

通过水稻遗传转化获得ONAC131嵌合抑制子株系,对其表型研究发现：ONAC131嵌合抑制子增强了对白叶枯病菌的抗病性,接种白叶枯菌15天后菌量显著低于野生型,并且其抗病相关基因PAL、PR10, Jamyb等表达量在接种白叶枯病菌前后显著高于野生型；然而ONAC131嵌合抑制子却降低了对盐害、干旱及冷害的耐受力,抗冷相关基因CDPK7、SRO1c、 SODB、OsTrx23、Lti6a、Lti6b、GSTU6和Peroxidase16表达量在冷害处理后显著低于野生型对照。

通过对水稻芯片数据分析及实验验证,鉴定了四个受稻瘟菌诱导表达的NAC 基因MNACs(Magnaporthe grisea induced NACs)。

四个MNAC基因编码蛋白(MNAC1-4)都具有转录激活活性且均定位于细胞核中,其中MNAC1转录激活活性区域位于C端,对其全长截短研究发现：C端246-276aa处的31个氨基酸是转录活性所必须的。

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析吕有军;杨卫军;赵兰杰;刘子洋;张永山【期刊名称】《华北农学报》【年(卷),期】2017(032)002【摘要】为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX (WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析.结果表明,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37.亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因.多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员.对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达.为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础.【总页数】11页(P21-31)【作者】吕有军;杨卫军;赵兰杰;刘子洋;张永山【作者单位】安阳工学院,河南安阳 455000;中国农业科学院棉花研究所,河南安阳 455000;棉花生物学国家重点实验室,河南安阳 455000;安阳工学院,河南安阳455000;中国农业科学院棉花研究所,河南安阳 455000;萨斯喀彻温大学,加拿大萨斯卡通 S7N 5A5;中国农业科学院棉花研究所,河南安阳 455000【正文语种】中文【中图分类】Q78;S562.03【相关文献】1.谷子和狗尾草WOX转录因子基因的全基因组鉴定与分析 [J], 李雪垠;武懿茂;张凤洁2.小麦WOX转录因子基因的全基因组鉴定与分析 [J], 武强强;张凤洁;董浩欢;卢平;樊婕;李雪垠;王爱萍;董琦3.普通烟草WOX转录因子家族的全基因组鉴定及分析 [J], 李晓旭;高军平;郭存;蒲文宣;刘万峰;张银霞;孙楠;何鑫玺;刘成;许良涛4.苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析 [J], 侯思宇;王欣芳;杜伟;冯晋华;韩渊怀;李红英;刘龙龙;孙朝霞5.蓖麻WOX转录因子家族成员的全基因组分析及逆境胁迫响应 [J], 韩雯毓;李国瑞;风兰;闫星伊;白英俊;李孟建;孙佳欣;陈永胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

荣　欢，任师杰，汪梓坪，等．植物ＮＡＣ转录因子的结构及功能研究进展［Ｊ］．江苏农业科学，２０２０，４８（１８）：４４－５３．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２０．１８．００８植物ＮＡＣ转录因子的结构及功能研究进展荣　欢，任师杰，汪梓坪，王　飞，周　勇（江西农业大学生物科学与工程学院，江西南昌３３００４５） 摘要：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。

关键词：植物；ＮＡＣ转录因子；生长发育；胁迫；ＮＡＣ生理功能 中图分类号：Ｓ１８４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２０）１８－００４４－１０收稿日期：２０１９－１０－３１基金项目：江西省教育厅科技计划（编号：ＧＪＪ１８０１７２、ＧＪＪ１６０３８７）。

作者简介：荣　欢（１９９８—），男，江西萍乡人，主要从事生物科学与生物技术研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：９６２６１０４３２＠ｑｑ．ｃｏｍ。

通信作者：周　勇，博士，讲师，主要从事植物功能基因组学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｚｈｏｕｊｘａｎ＠１６３．ｃｏｍ；王　飞，博士，副教授，主要从事微生物资源与蛋白质工程研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｆｅｉ１７９＠１６３．ｃｏｍ。

植物在生长发育过程中极易受到逆境胁迫的影响。

胁迫主要包括干旱、高盐、低温、高温等非生物胁迫和虫害、病原菌侵入等生物胁迫，这些胁迫通常会影响植物的正常生长发育。

在长期的进化过程中，植物产生了一系列生理生化机制来适应、抵御或消除胁迫的影响。

其中，基因表达调控是调节植物逆境胁迫最常见的一种方式。