基本信息
- 项目名称：
- 新型紫花苜蓿NAC转录因子基因的克隆与分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 从苜蓿中克隆了2个NAC基因，命名为MsNAC1 和MsNAC2（GeneBank登录号：JN099384和JN099385），序列分析表明,MsNAC1与鹰嘴豆CaNAC 亲缘关系较近,MsNAC2 与豆科植物，乃至双子叶植物NAC家族的亲缘关系都较远，表明MsNAC2 很可能是新发现的NAC家族的新成员；胁迫实验表明，它们可能参与干旱、盐和冷胁迫响应。本研究是有关苜蓿NAC转录因子的首次报道。
- 详细介绍：
- 紫花苜蓿是畜牧业生产中重要的优质饲草。然而，生态环境的劣变导致饲草产量降低、品质下降，严重制约了畜牧业的可持续发展，因此开展牧草抗逆分子机理研究，改善其抗逆力、提高品质对于我国畜牧业发展和生态环境的改善具有重要意义。 NAC转录因子是特异存在于植物中具有多种生物功能的一类新型转录因子，目前在十多种植物中发现NAC 基因，功能涉及植物体生长发育、激素调控、胁迫响应等重要方面。 目前，尚未见有关苜蓿NAC家族转录因子基因的结构、功能和表达调控方面的报道。本研究以紫花苜蓿为材料，利用基因工程技术克隆到2个新的NAC基因MsNAC1和MsNAC2，为了解NAC家族转录因子基因表达调控机理和苜蓿耐逆分子机制提供实验基础。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：利用cDNA末端快速扩增技术，从苜蓿中克隆NAC基因，为了解NAC家族转录因子基因表达调控机理和苜蓿耐逆分子机制提供实验基础。基本思路：以蒺藜苜蓿染色体３基因组信息为基础，与豆科植物花生NAC转录因子基因AhNAC2和AhNAC3序列进行同源比对，获得同源序列。然后以该序列为基础设计同源引物，利用RACE技术获得目的片段，并利用信息学软件进行拼接，然后对新基因进行序列和功能分析。
科学性、先进性及独特之处
- 目前，大多数NAC转录因子的功能尚不清楚，分析NAC基因在植物中的表达模式，对于明确其功能，阐明转录水平对植物激素调控及逆境胁迫的应答机制具有重要的意义。紫花苜蓿是优质牧草，又具有一定的抗逆性，因此是十分理想的实验材料。独特之处：本研究是有关苜蓿NAC 转录因子基因的首次报道。
应用价值和现实意义
- 本研究，以紫花苜蓿为材料克隆2个新的苜蓿NAC转录因子基因MsNAC1 和MsNAC2 ，为了解NAC家族转录因子基因表达调控机理和苜蓿耐逆分子机制提供重要参考，同时为抗逆新基因的发掘及利用转基因技术提高苜蓿抗逆力奠定实验基础。
学术论文摘要
- NAC 转录因子是植物中特有的具有多种生物功能的新型转录因子，在植物抵抗逆境、生长发育和激素调节等方面发挥着重要作用。本实验利用cDNA末端快速扩增技术（rapid amplification of cDNA ends, RACE），从苜蓿中克隆了2个NAC基因，命名为MsNAC1 和MsNAC2（正在申请登陆GeneBank）；蛋白序列分析表明，两者具有典型NAC 转录因子特征, 蛋白N 端保守, C 端存在高度多变且频繁出现简单重复氨基酸的转录激活区。氨基酸多重序列比对和进化树分析表明，MsNAC1 和MsNAC2 同源性较低，其中MsNAC1 与豆科植物鹰嘴豆CaNAc 亲缘关系较近,而MsNAC2 与豆科植物，乃至双子叶植物的NAC家族的亲缘关系都较远，表明MsNAC2 很可能是新发现的NAC家族的新成员；干旱、低温和盐胁迫实验表明，三种因素都能够明显的诱导MsNAC1 基因和MsNAC2 基因的表达，提示它们可能参与干旱胁迫、盐胁迫和冷胁迫生理响应。本研究是有关苜蓿NAC 转录因子基因的首次报道。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 目前，尚未见有关苜蓿NAC家族转录因子基因的结构、功能和表达调控方面的报道。本研究得到2个苜蓿NAC基因MsNAC1 和MsNAC2（GeneBank登录号：JN099384和JN099385）。
参考文献
- [1] Souer E, van Houwelingen A, Kloos D, Mol J, Koes R (1996). The No Apical Meristem gene of Petunia is required for pattern formation in embryos and flowers and is expressed at meristem and primordia boundaries.Cell 85,159-170. [2] 柳展基, 邵凤霞, 唐桂英. 植物NAC 转录因子的结构功能及其表达调控研究进展[J].西北植物学报, 2007, 27(9):1915- 1920. [3] Hu H H, Dai M Q, Yao J L,et al. Over expressing a NAM, ATAF and CUC(NAC) transcription factor enhances drought resistance and salt tolerance in rice. Proc Natl Acad Sci USA, 2006,103:12987-12992. [4]Kumar S, Tamura K, Nei M. MEGA3:Integrated software for molecular evolutionary genetics analysis and sequence alignment[J].Brief Bioinform,2004,5:150-163. [5]Thompson J D, Gibson T J, Plewniak F, et al. The ClustalX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools[J].Nucleic Acids Res, 1997, 25:4876-4882. [6]霍大勇，沈黎明. 逆境胁迫诱导基因的结构、功能与表达调控[J].生物化学与生物物理.进展，1998，25(3):216-221.
同类课题研究水平概述
- NAC 转录因子是特异存在于植物中具有多种生物功能的一类新型转录因子。NAC家族的命名源于矮牵牛(Petunia hybrida)NAM (No Apical Meristem)和拟南芥(Arabidopsis thaliana) ATAF1 、ATAF2 以及CUC2(cup-shapedcotyledon) 基因。NAC 蛋白家族成员N 端含有保守NAC 结构域，可结合DNA 和其他蛋白，C 端为高度变异的转录激活区。目前在十多种植物中发现NAC 基因，它的表达受发育时期和多种环境因素的诱导，如植物的不同发育阶段、病原体、真菌、干旱、低温和机械损伤等；同时它的表达具有组织特异性， 如水稻中SNAC1 主要在气孔的保卫细胞中被诱导表达。目前发现，拟南芥中至少包含107个NAC基因(Riechmann et al., 2000)，而水稻(Oryza sativa)中含有140个(Fang et al., 2008)。根据N端保守序列的相似程度，Ooka等(2003)将拟南芥以及水稻全部NAC蛋白分为2个大类(I和II)，各包含14和4个亚类。同一亚类基因的功能往往相似， 例如ATAF亚类中的大多数NAC 基因都与植物响应环境胁迫有关。当然，应用不同的算法和软件得到的NAC基因进化树会存在差异。最近发现烟草(Nicotiana tabacum)中也包含152个NAC基因(Rushton et al., 2008)。Paul等将之与拟南芥、水稻、大豆(Glycine max) 和番茄(Lycopersicon esculentum)等多种植物的NAC基因汇集到一起，作了更为广泛的进化关系分析，认为NAC基因家族包含7个亚家族，其中6个亚家族为各科植物所共有，而另一个家族为茄科所特有，命名为TNACS(tobacco NAC genes)(Rushton et al.,2008)。TNACS蛋白在N端保守区域与其它亚家族存在明显的差异，目前还不知道这种结构上的差异是否意味着功能的变化(Rushton et al., 2008)。随着各类NAC基因序列信息的不断丰富，更广泛的聚类分析将可能为我们带来新的发现。目前，大部分NAC 转录因子的研究尚处于基因克隆、结构鉴定和表达分析等层面上，分子水平上尚未清楚地阐明NAC转录因子参与调控的机制。
