2.2转录因子NAP与乙烯以及呼吸速率的相互关系

拟南芥NAP转录因子不仅与叶片衰老有关，也与果实衰老紧密相关。Kou等[61]对atnap缺失突变体与野生型植株的角果进行研究表明，atnap缺失突变体的角果衰老也被明显地延迟。野生型植株与atnap缺失突变体的第一个角果是同时出现的，但在生育后期，当野生型植株的第一个角果已经裂开时，atnap缺失突变体的第一个角果依然是完好无损。此时野生型植株的第四个角果已经出现衰老现象，然而atnap缺失突变体的第二个角果依然是绿色，未表现任何衰老表型。随后对这些角果进行分离，进而更加清晰地显示出角果的衰老程度，从角果的衰老进程可以明显地得出atnap缺失突变体角果的衰老速度显著迟缓于野生型角果。atnap缺失突变体和野生型植株角果的叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素的含量也与以上的结果相似。由于转录因子AtNAP与拟南芥角果衰老有很大的关系，为此研究了在果实衰老过程中AtNAP的表达情况。qRT-PCR分析表明，在野生型拟南芥中，AtNAP的转录水平随着角果的衰老而上升，但是AtNAP却未在atnap缺失突变体的角果中检测到。同时，野生型角果的乙烯释放率在10DPA之前一直保持上升，之后快速下降;而atnap缺失突变体角果的趋势类似，只是比野生型植株的角果延迟了2d左右，但在两种材料中乙烯释放率的最大值相似。就呼吸速率而言，野生型角果呼吸速率变化模式与乙烯释放率相似;但相比之下，atnap缺失突变体角果的呼吸速率在6DPA时达到最大值(约为野生型角果最大值的70%)，之后在12DPA之前都保持稳定，之后其呼吸速率开始下降。这些数据均表明转录因子AtNAP在由乙烯引起呼吸峰的产生时起着一定的作用。由于外源乙烯通常会导致呼吸跃变型果实的呼吸峰提前，因此，研究了转录因子AtNAP对外源乙烯的响应。该研究对用10μl•L-1的外源乙烯处理野生型和atnap缺失突变体角果的呼吸模式进行分析，结果显示，外部施用乙烯刺激了野生型植株的呼吸，使得呼吸峰在8DPA的时候就出现了，比对照组快了2d。相比之下，同样的乙烯浓度处理atnap缺失突变体，其角果的呼吸模式影响却很小。这些数据再一次说明，转录因子AtNAP对由乙烯引起呼吸峰的产生起着一定作用。随后对施用外源乙烯处理过角果的乙烯释放量进行了测定，结果表明，外源乙烯同样刺激了野生型植株乙烯的合成，但对atnap缺失突变体的乙烯的合成影响较小。用外源ABA、SA、6-BA以及NAA处理两种类型角果，结果表明，未处理以及经过激素处理过的角果中，乙烯合成量在野生型植株中均高于突变型植株，但是对各种不同激素处理的响应却不尽相同。野生型角果的乙烯合成量在用6-BA、NAA和SA处理后有所下降，但是在用ABA处理后则上升(P<0.05)。在突变型角果中，乙烯合成量在对照组、NAA组和ABA组都近似，但6-BA则引起了乙烯合成量的大幅降低。就呼吸速率而言，在ABA处理后，其在野生型角果中达到最高点，但其他情况下两种类型角果的呼吸速率差异不大。总体上，呼吸速率在NAA、6-BA和SA处理组中较低。通过对乙烯合成途径以及信号转导途径相关基因(AtACS2、AtETR1、AtCTR1、AtEIN2、AtERF1和AtEIN3)的检测，结果表明，在两种类型的角果中，AtACS2表达水平上升一段时间后开始有所下降，且其表达量在atnap缺失突变体中比野生型中更低。在衰老过程中，AtETR1在野生型角果中的转录水平的变化与AtACS2的表达模式非常相似;然而AtETR1在atnap缺失突变体的表达模式与AtACS2表达不同，即在突变型角果中，AtETR1的表达水平在6DPA和8DPA时期比同期的野生型角果的表达水平高。AtCTR1在两种类型角果中的表达模式与AtETR1表达模式相似。AtEIN2在突变型角果中的表达量较之于同期野生型角果的表达量降低。AtERF1在野生型角果中的表达模式与其他基因有所不同，其转录峰在8DPA的时候出现，大约比其它基因早两天。AtEIN3的表达则在野生型角果中12DPA之后急剧下调，但是在同期的atnap缺失突变体中表达量却增加。这些结果都表明转录因子AtNAP与呼吸速率以及与乙烯合成有密切的关系。

3展望

NAP是转录因子NAC家族中的重要成员，首先发现其为控制花发育AP3/PI的靶基因，因此，将其命名为NAP(NAC-Like，ActivatedbyAP3/PI)。自NAP在拟南芥中发现后，已相继在水稻、小麦、大豆、棉花、竹子、葡萄、番红花等植物中发现了与拟南芥NAP同源的NAP亚家族相关的转录因子，通过对已发现的NAP亚家族相关功能进行研究，发现其主要在调控植物生长发育、控制叶片衰老以及植物的逆境应答响应等方面扮演着重要的作用。转录因子NAP与植物的生长发育调控有关，尤其对于花器官的调控具有重要的作用。花作为重要的生殖器官，与农作物的产量和品质息息相关，当前对有关花器官生长发育的研究逐渐成为新的热点[62-64]。因此，可以利用转录因子NAP对不同植物花器官的发育进行深入研究，从而可以在理论上得出与花器官发育有关的若干个关键的调控基因，为今后进一步阐明花器官生长发育的相关代谢途径，为提高农作物的产量和品质服务。叶片衰老是细胞程序性死亡的一个重要阶段，叶片衰老时体内营养物质同时也进行着再循环再利用的过程[65-67]。NAP是近年来发现的与叶片衰老有关的转录因子，其在叶片衰老过程中表达上调，因此，可以在研究叶片衰老调控过程中利用NAP转录因子作为一个关键点，运用相关的生物技术分析其上下游基因，同时也可以与其他相关的调控叶片衰老有关的转录因子相联系，进而为阐明叶片衰老机制服务。与此同时，农作物的产量和品质也与光合作用有关[68]，而光合作用主要在植株的叶片中进行，所以研究NAP相关基因对叶片衰老的影响可以为提高农作物产量改善农作物品质提供新的思路和方法。植物生活在瞬息万变的环境中，再加上近年来地球常出现气温上升以及盐碱地、干旱等恶劣现象，使得植物不得不面对各种各样的生物以及非生物胁迫的危害。NAP亚家族作为NAC家族中的一个重要的成员，其在对外界胁迫响应方面具有重要的意义;可以利用NAP相关基因对植物应答外界胁迫反应进行研究，从而有助于提出相关的植物胁迫理论，进而为培育抗逆品种提供新的思路和方法。有关转录因子NAP调控机制的研究，通过最近几年的探索已经初步得知NAP的相关调控机制(图3)，即在衰老叶片中NAP通过ABA-NAP-SAG113PP2C调节链，可以阻止野生型植株中叶片气孔关闭从而使足够的氧气可以渗入到组织中，使得乙烯释放进而使呼吸作用加快从而促进衰老;同时阻止气孔关闭也导致水分更快丧失也促进其叶片的衰老。而在atnap缺失突变体中，叶片对衰老信号敏感进而会促进气孔关闭，从而导致氧气吸入减少，呼吸作用下降同时也降低了水分的丧失，使衰老进程得以延缓。该模型可以得到以下事实的验证：(1)ABA会促进AtNAP以及SAG113的表达，同时通过酵母杂交试验以及EMSA技术可以得出SAG113是转录因子NAP的一个直接的靶基因。(2)SAG113主要是在气孔处进行表达，而且其与控制气孔运动有关，同时也与水分缺失有关。(3)ABA处理会促进野生型植株的呼吸作用(可能通过阻止气孔关闭使其叶片中可以获得更多的氧气并顺利进行呼吸作用)，但是atnap缺失突变体的呼吸作用却没有明显的受影响。通过对现有的NAP调控机制的研究可以看出转录因子NAP与激素调控有着密切的关系，因此，今后可以由此作为突破口，对NAP调控机制进行相应的研究，进而为完善转录因子NAP网络调控机制服务。对NAP调控机制的研究不仅对理论研究有着重要的作用，同时对生产实践也有着较为更大的意义。通过对转录因子NAP调控机制的研究，可以进一步更加全面的了解这一代谢调控体系的关键节点，进而通过对其关键基因进行修饰，从而使植物在生育期内不早衰，尽量适当的延长其生育期，最终为提高农作物产量改善农作物品质服务。综上所述，NAP亚家族作为转录因子NAC家族中的一个重要成员，其在植物生长发育、叶片衰老以及逆境胁迫等方面有重要的作用，可以利用其功能，对植物的相关性状进行研究，为以后系统的理论研究和农作物的高产优质育种提供服务。

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