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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型紫花苜蓿NAC轉(zhuǎn)錄因子基因的克隆與分析
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 從苜蓿中克隆了2個(gè)NAC基因，命名為MsNAC1 和MsNAC2（GeneBank登錄號(hào)：JN099384和JN099385），序列分析表明,MsNAC1與鷹嘴豆CaNAC 親緣關(guān)系較近,MsNAC2 與豆科植物，乃至雙子葉植物NAC家族的親緣關(guān)系都較遠(yuǎn)，表明MsNAC2 很可能是新發(fā)現(xiàn)的NAC家族的新成員；脅迫實(shí)驗(yàn)表明，它們可能參與干旱、鹽和冷脅迫響應(yīng)。本研究是有關(guān)苜蓿NAC轉(zhuǎn)錄因子的首次報(bào)道。
- 詳細(xì)介紹：
- 紫花苜蓿是畜牧業(yè)生產(chǎn)中重要的優(yōu)質(zhì)飼草。然而，生態(tài)環(huán)境的劣變導(dǎo)致飼草產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降，嚴(yán)重制約了畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此開(kāi)展牧草抗逆分子機(jī)理研究，改善其抗逆力、提高品質(zhì)對(duì)于我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善具有重要意義。 NAC轉(zhuǎn)錄因子是特異存在于植物中具有多種生物功能的一類新型轉(zhuǎn)錄因子，目前在十多種植物中發(fā)現(xiàn)NAC 基因，功能涉及植物體生長(zhǎng)發(fā)育、激素調(diào)控、脅迫響應(yīng)等重要方面。 目前，尚未見(jiàn)有關(guān)苜蓿NAC家族轉(zhuǎn)錄因子基因的結(jié)構(gòu)、功能和表達(dá)調(diào)控方面的報(bào)道。本研究以紫花苜蓿為材料，利用基因工程技術(shù)克隆到2個(gè)新的NAC基因MsNAC1和MsNAC2，為了解NAC家族轉(zhuǎn)錄因子基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理和苜蓿耐逆分子機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的：利用cDNA末端快速擴(kuò)增技術(shù)，從苜蓿中克隆NAC基因，為了解NAC家族轉(zhuǎn)錄因子基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理和苜蓿耐逆分子機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)?；舅悸罚阂暂疝架俎Ｈ旧w３基因組信息為基礎(chǔ)，與豆科植物花生NAC轉(zhuǎn)錄因子基因AhNAC2和AhNAC3序列進(jìn)行同源比對(duì)，獲得同源序列。然后以該序列為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)同源引物，利用RACE技術(shù)獲得目的片段，并利用信息學(xué)軟件進(jìn)行拼接，然后對(duì)新基因進(jìn)行序列和功能分析。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 目前，大多數(shù)NAC轉(zhuǎn)錄因子的功能尚不清楚，分析NAC基因在植物中的表達(dá)模式，對(duì)于明確其功能，闡明轉(zhuǎn)錄水平對(duì)植物激素調(diào)控及逆境脅迫的應(yīng)答機(jī)制具有重要的意義。紫花苜蓿是優(yōu)質(zhì)牧草，又具有一定的抗逆性，因此是十分理想的實(shí)驗(yàn)材料。獨(dú)特之處：本研究是有關(guān)苜蓿NAC 轉(zhuǎn)錄因子基因的首次報(bào)道。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本研究，以紫花苜蓿為材料克隆2個(gè)新的苜蓿NAC轉(zhuǎn)錄因子基因MsNAC1 和MsNAC2 ，為了解NAC家族轉(zhuǎn)錄因子基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理和苜蓿耐逆分子機(jī)制提供重要參考，同時(shí)為抗逆新基因的發(fā)掘及利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高苜蓿抗逆力奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- NAC 轉(zhuǎn)錄因子是植物中特有的具有多種生物功能的新型轉(zhuǎn)錄因子，在植物抵抗逆境、生長(zhǎng)發(fā)育和激素調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著重要作用。本實(shí)驗(yàn)利用cDNA末端快速擴(kuò)增技術(shù)（rapid amplification of cDNA ends, RACE），從苜蓿中克隆了2個(gè)NAC基因，命名為MsNAC1 和MsNAC2（正在申請(qǐng)登陸GeneBank）；蛋白序列分析表明，兩者具有典型NAC 轉(zhuǎn)錄因子特征, 蛋白N 端保守, C 端存在高度多變且頻繁出現(xiàn)簡(jiǎn)單重復(fù)氨基酸的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。氨基酸多重序列比對(duì)和進(jìn)化樹(shù)分析表明，MsNAC1 和MsNAC2 同源性較低，其中MsNAC1 與豆科植物鷹嘴豆CaNAc 親緣關(guān)系較近,而MsNAC2 與豆科植物，乃至雙子葉植物的NAC家族的親緣關(guān)系都較遠(yuǎn)，表明MsNAC2 很可能是新發(fā)現(xiàn)的NAC家族的新成員；干旱、低溫和鹽脅迫實(shí)驗(yàn)表明，三種因素都能夠明顯的誘導(dǎo)MsNAC1 基因和MsNAC2 基因的表達(dá)，提示它們可能參與干旱脅迫、鹽脅迫和冷脅迫生理響應(yīng)。本研究是有關(guān)苜蓿NAC 轉(zhuǎn)錄因子基因的首次報(bào)道。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 目前，尚未見(jiàn)有關(guān)苜蓿NAC家族轉(zhuǎn)錄因子基因的結(jié)構(gòu)、功能和表達(dá)調(diào)控方面的報(bào)道。本研究得到2個(gè)苜蓿NAC基因MsNAC1 和MsNAC2（GeneBank登錄號(hào)：JN099384和JN099385）。
參考文獻(xiàn)
- [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, 邵鳳霞, 唐桂英. 植物NAC 轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)功能及其表達(dá)調(diào)控研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報(bào), 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. 逆境脅迫誘導(dǎo)基因的結(jié)構(gòu)、功能與表達(dá)調(diào)控[J].生物化學(xué)與生物物理.進(jìn)展，1998，25(3):216-221.
同類課題研究水平概述
- NAC 轉(zhuǎn)錄因子是特異存在于植物中具有多種生物功能的一類新型轉(zhuǎn)錄因子。NAC家族的命名源于矮牽牛(Petunia hybrida)NAM (No Apical Meristem)和擬南芥(Arabidopsis thaliana) ATAF1 、ATAF2 以及CUC2(cup-shapedcotyledon) 基因。NAC 蛋白家族成員N 端含有保守NAC 結(jié)構(gòu)域，可結(jié)合DNA 和其他蛋白，C 端為高度變異的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。目前在十多種植物中發(fā)現(xiàn)NAC 基因，它的表達(dá)受發(fā)育時(shí)期和多種環(huán)境因素的誘導(dǎo)，如植物的不同發(fā)育階段、病原體、真菌、干旱、低溫和機(jī)械損傷等；同時(shí)它的表達(dá)具有組織特異性， 如水稻中SNAC1 主要在氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞中被誘導(dǎo)表達(dá)。目前發(fā)現(xiàn)，擬南芥中至少包含107個(gè)NAC基因(Riechmann et al., 2000)，而水稻(Oryza sativa)中含有140個(gè)(Fang et al., 2008)。根據(jù)N端保守序列的相似程度，Ooka等(2003)將擬南芥以及水稻全部NAC蛋白分為2個(gè)大類(I和II)，各包含14和4個(gè)亞類。同一亞類基因的功能往往相似， 例如ATAF亞類中的大多數(shù)NAC 基因都與植物響應(yīng)環(huán)境脅迫有關(guān)。當(dāng)然，應(yīng)用不同的算法和軟件得到的NAC基因進(jìn)化樹(shù)會(huì)存在差異。最近發(fā)現(xiàn)煙草(Nicotiana tabacum)中也包含152個(gè)NAC基因(Rushton et al., 2008)。Paul等將之與擬南芥、水稻、大豆(Glycine max) 和番茄(Lycopersicon esculentum)等多種植物的NAC基因匯集到一起，作了更為廣泛的進(jìn)化關(guān)系分析，認(rèn)為NAC基因家族包含7個(gè)亞家族，其中6個(gè)亞家族為各科植物所共有，而另一個(gè)家族為茄科所特有，命名為T(mén)NACS(tobacco NAC genes)(Rushton et al.,2008)。TNACS蛋白在N端保守區(qū)域與其它亞家族存在明顯的差異，目前還不知道這種結(jié)構(gòu)上的差異是否意味著功能的變化(Rushton et al., 2008)。隨著各類NAC基因序列信息的不斷豐富，更廣泛的聚類分析將可能為我們帶來(lái)新的發(fā)現(xiàn)。目前，大部分NAC 轉(zhuǎn)錄因子的研究尚處于基因克隆、結(jié)構(gòu)鑒定和表達(dá)分析等層面上，分子水平上尚未清楚地闡明NAC轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控的機(jī)制。
