玉米SNAC轉(zhuǎn)錄因子的基因結(jié)構(gòu)特征與逆境調(diào)控預(yù)測(cè)

羅平,龐博,崔進(jìn)鑫,于爽,王曉楠,程名,陳勇,高文偉*,郝轉(zhuǎn)芳*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081)

隨著全球氣候變化，降雨量不均衡導(dǎo)致干旱等一系列逆境脅迫的發(fā)生。在非生物逆境脅迫中，干旱脅迫是制約農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素[1]。逆境會(huì)導(dǎo)植物一系列形態(tài)、生理、生化和分子組成的改變[2]。在細(xì)胞和分子水平，植物通過(guò)ABA途徑和非ABA途徑調(diào)控一系列耐旱基因表達(dá)來(lái)響應(yīng)干旱脅迫。這些基因不僅通過(guò)產(chǎn)生重要的功能蛋白保護(hù)細(xì)胞避免受到傷害，還通過(guò)特定基因調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)響應(yīng)逆境脅迫，比如轉(zhuǎn)錄因子[3]。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是基因表達(dá)的重要機(jī)制[4],轉(zhuǎn)錄因子等調(diào)控蛋白通過(guò)與基因啟動(dòng)子中的順式元件相互作用，激活或抑制應(yīng)激相關(guān)基因，在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[5]。NAC轉(zhuǎn)錄因子家族是一類植物特有的參與耐逆響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子。NAC家族的命名最早源于牽?；?Pharbitis)NAM、擬南芥(Arabidopsisthaliana)ATAF1/2和CUC2(cup-shaped cotyledon)基因[6]，取三個(gè)基因的首字母命名為NAC基因[7]。NAC轉(zhuǎn)錄因子N端具有由150個(gè)氨基酸組成的保守NAC結(jié)構(gòu)域，高度保守，C端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)則高度可變。NAC結(jié)構(gòu)域主要包含5個(gè)亞域[8]，其中，A、C、D亞域非常保守，而B(niǎo)、E在不同基因中有所差異。NAC轉(zhuǎn)錄因子C端通常作為轉(zhuǎn)錄激活物或阻遏物發(fā)揮作用，這些蛋白質(zhì)通過(guò)與順式作用的啟動(dòng)子元件結(jié)合而起作用，從而為啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄提供了觸發(fā)器[9]。

植物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力不斷受到干旱、高鹽和極端溫度等各種環(huán)境因素的威脅。植物已經(jīng)在分子和生理水平上進(jìn)化出適應(yīng)脅迫的有效機(jī)制，從而使它們能夠在脅迫條件下生存。近年來(lái)，已發(fā)現(xiàn)多個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子直接參與或通過(guò)調(diào)控參與干旱、高鹽、高溫、冷害等應(yīng)答基因的表達(dá)，在植物非生物逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[10]。NAC轉(zhuǎn)錄因子的過(guò)表達(dá)株系多表現(xiàn)為較強(qiáng)的非生物逆境耐受性，并且可以提高兩種或以上的耐逆境能力。例如，過(guò)表達(dá)OSNAC10提高了水稻耐旱性[11]；過(guò)表達(dá)SNAC1和ONAC045提高了水稻耐旱和耐鹽性[12-13]；過(guò)表達(dá)SNAC2、OsNAC5、OsNAC6提高了水稻抵御冷、旱和鹽脅迫的能力[14-16]。小麥中過(guò)表達(dá)TaNAC2L可以提高轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐高溫能力[17]；過(guò)表達(dá)TaNAC2和TaNAC8可以提高轉(zhuǎn)基因擬南芥抵御非生物的能力[18-19]。有研究在ZmNAC111基因啟動(dòng)子中插入微型反轉(zhuǎn)重復(fù)轉(zhuǎn)座因子(MITE)，結(jié)果顯示，MITE與玉米抗旱性的自然變異顯著相關(guān)，通過(guò)在擬南芥中異源表達(dá)，82 bp 的MITE通過(guò)RNA定向DNA甲基化和H3K9二甲基化抑制ZmNAC111的表達(dá)，增強(qiáng)了ZmNAC111在轉(zhuǎn)基因玉米中的表達(dá)，提高苗期的耐旱性，提高水分利用效率，誘導(dǎo)干旱響應(yīng)基因在水分脅迫下的上調(diào)[20]。擬南芥中過(guò)表達(dá)ZmSNAC1(ZmNAC010312)、ZmNAC33(ZmNAC030295)和ZmNAC55(ZmNAC050436)導(dǎo)致種子萌發(fā)期對(duì)ABA和滲透脅迫的敏感性，提高了擬南芥的耐旱性[21-23]。同時(shí)，ZmNAC84在煙草中過(guò)表達(dá)可以提高轉(zhuǎn)基因植株耐旱性，減輕干旱誘導(dǎo)的氧化損傷，在此過(guò)程中，ABA產(chǎn)生的H2O2首先誘導(dǎo)ZmCCaMK和ZmNAC84表達(dá)并激活ZmCCaMK，隨后激活的ZmCCaMK在S113位點(diǎn)磷酸化ZmNAC84，從而通過(guò)激活下游基因來(lái)誘導(dǎo)抗氧化防御[24]。大豆GmSNAC49在擬南芥中過(guò)表達(dá)導(dǎo)致干旱和ABA信號(hào)通路相關(guān)基因上調(diào)，提高了干旱脅迫的耐受性[25]。葡萄VvNAC17的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了擬南芥的抗旱性，同時(shí)上調(diào)了與ABA和脅迫相關(guān)基因的表達(dá)[26]。芒屬植物MLNAC10通過(guò)調(diào)節(jié)ABA信號(hào)通路發(fā)揮抗氧化酶的作用，減輕ROS的損傷，是干旱和耐鹽脅迫的重要調(diào)節(jié)因子[27]。在耐干旱作物高粱中也有研究表明，13個(gè)SbNAC在開(kāi)花后的干旱脅迫反應(yīng)中起著積極或消極的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用[28]。

上述研究都表明，NAC基因是參與植物非生物脅迫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控基因家族之一。玉米是主要的糧、經(jīng)、飼兼用的作物，對(duì)我國(guó)農(nóng)牧業(yè)有重要的支撐作用。因此，本研究利用生物信息學(xué)手段分析和鑒定玉米SNAC家族基因，系統(tǒng)地對(duì)成員的理化性質(zhì)、基因結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化、磷酸化位點(diǎn)、啟動(dòng)子及二級(jí)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。這些信息將為進(jìn)一步研究SNAC基因家族的耐逆境功能提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

16個(gè)玉米SNAC轉(zhuǎn)錄因子蛋白序列從PlantTFDB(http://PlantTFDB.cbi)獲取，命名及分類參照Li等[29]方法。水稻、擬南芥、大豆等已知的與非生物脅迫相關(guān)的NAC基因組序列從NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome)下載。

1.2 玉米SNAC的系統(tǒng)發(fā)育分析

將SNAC序列通過(guò)ClustalX 1.83軟件進(jìn)行比對(duì)。然后使用PhyML軟件(版本2.4.3)[30]中最大似然法對(duì)所有對(duì)齊的NAC序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析。通過(guò)FigTree1.4.0對(duì)進(jìn)化樹(shù)進(jìn)行可視化[31]。

1.3 玉米SANC蛋白結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)GSDS工具(http://GSDS.cbi.pku.edu.cn/)對(duì)SNAC基因的內(nèi)含子和外顯子結(jié)構(gòu)圖譜進(jìn)行可視化。利用ExPASy(https://web.expasy.org/cgi-bin/protparam/protparam)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)SNAS蛋白的氨基酸數(shù)目、理論等電點(diǎn)、分子量、不穩(wěn)定參數(shù)、脂肪族氨基酸指數(shù)等理化性質(zhì)信息，SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsaautomat.pl?page=npsa_sopma.html)軟件對(duì)SNAC家族成員的氨基酸序列進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。DNAMAN 軟件對(duì)SNAC家族的16個(gè)成員進(jìn)行氨基酸多序列比對(duì)分析。利用MEME(http://MEME.nbcr.net/meme3/MEME.html)鑒定SNAC蛋白中存在的保守序列模體。

1.4 玉米SANC基因家族生物信息學(xué)預(yù)測(cè)分析

通過(guò)TMHMM Server v.2.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/)對(duì)SNAC家族成員的氨基酸序列進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)其有無(wú)跨膜結(jié)構(gòu)；利用 NetPhos 3.1 Server (http://www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/)軟件對(duì)SNAC家族成員的氨基酸序列進(jìn)行潛在磷酸化位點(diǎn)分析；利用植物順式元件數(shù)據(jù)庫(kù)PlantCARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)分析SNAC基因啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米SNAC基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

利用PhyML軟件對(duì)玉米SNAC以及其他物種中典型的耐脅迫NAC基因進(jìn)行系統(tǒng)分析，以探討SNAC基因之間的進(jìn)化關(guān)系，結(jié)果(圖1)表明，ZmNAC050302與SNAC1、ZmSNAC1(ZmNAC010312)和ZmNAC55(ZmNAC050436)同屬一個(gè)亞群，SNAC1、ZmSNAC1和ZmNAC55三個(gè)基因已有被證實(shí)具有耐脅迫功能。ZmNAC030295與TaNAC6關(guān)系較近，屬同一亞群。CarNAC3亞群中ZmNAC100475和ZmNAC080398關(guān)系較近，有研究發(fā)現(xiàn)，ZmNAC111(ZmNAC100475)基因在玉米中與耐旱相關(guān)，與其同一類群的ZmNAC080398可能具有相似的耐逆境機(jī)制。

圖1 玉米、擬南芥、水稻、大豆等SNAC基因聚類分析Fig.1 Cluster analysis of SNAC genes in maize,Arabidopsis,rice and soybean

2.2 玉米SNAC基因家族氨基酸序列對(duì)比分析

SNAC轉(zhuǎn)錄因子在逆境脅迫中能提高植物抵抗非生物脅迫的能力，從而增加產(chǎn)量。利用DNAMAN軟件對(duì)16 個(gè)玉米SNAC 蛋白序列進(jìn)行多重比對(duì)發(fā)現(xiàn)，這些 SNAC 蛋白序列的N端均含有高度保守的NAC域，長(zhǎng)度約為 150～163 個(gè)氨基酸，可以分為5個(gè)子域(A～E)，其中ZmNAC070395不含有子域A。

2.3 玉米SNAC家族成員理化性質(zhì)分析

SNAC家族成員的理化性質(zhì)如表1所示?？梢钥闯?，理論等電點(diǎn)最高的是ZmNAC060339，為9.35，而ZmNAC060339的酸性氨基酸的總數(shù)比堿性氨基酸的總數(shù)少，為堿性蛋白。ZmNAC010373、ZmNAC030295、ZmNAC050436、ZmNAC060339、ZmNAC070359、ZmNAC080308、ZmNAC090241都為堿性蛋白。脂肪族氨基酸指數(shù)反映了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，分布在57.51(ZmNAC010373)～88.37(ZmNAC031467)之間，總體表明蛋白質(zhì)間熱穩(wěn)定性差異較小。其中ZmNAC030295和ZmNAC080398的不穩(wěn)定參數(shù)較高，分別為55.48和53.50。

表1 SNAC家族成員的理化性質(zhì)Table 1 Physico-chemical properties of SNAC family members

2.4 SNAC氨基酸序列跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

TMHMM 綜合了跨膜區(qū)疏水性、螺旋長(zhǎng)度和膜蛋白拓?fù)鋵W(xué)限制等性質(zhì)[32]。用 TMHMM-2.0對(duì)16個(gè)玉米SNAC基因家族成員的氨基酸序列進(jìn)行跨膜結(jié)構(gòu)域分析，結(jié)果表明，這些蛋白不存在跨膜結(jié)構(gòu)域，位于膜外區(qū)的可能性較大，為非跨膜蛋白類，推測(cè)均在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)和調(diào)控。

2.5 SANC基因家族成員的潛在磷酸化修飾位點(diǎn)預(yù)測(cè)

磷酸化和去磷酸化在多種真核細(xì)胞中的新陳代謝、細(xì)胞分裂以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[33]。通過(guò)NetPhos2.0 Server 軟件對(duì)玉米SNAC家族16個(gè)成員的氨基酸序列進(jìn)行潛在磷酸化位點(diǎn)的分析，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯衩譙NAC家族16個(gè)成員的氨基酸序列均有潛在的磷酸化位點(diǎn)，這些潛在的磷酸化位點(diǎn)分別位于絲氨酸Ser、蘇氨酸Thr和酪氨酸Tyr上，該結(jié)果表明，SNAC家族的成員能夠被絲氨酸激酶、蘇氨酸激酶和酪氨酸激酶所磷酸化，從而實(shí)現(xiàn)其功能的調(diào)控。玉米SNAC家族存在著大量的磷酸化位點(diǎn)，推測(cè)SNAC基因家族可能參與著大量的翻譯后修飾。由表中可以看出，SNAC家族成員中ZmNAC031467潛在的磷酸化位點(diǎn)數(shù)最多，其次是ZmNAC100475和ZmNAC080398，最少的是ZmNAC020303，只有13個(gè)潛在的磷酸化位點(diǎn)。

2.6 SNAC家族成員蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)

采用SOPMA 對(duì)SNAC家族成員的氨基酸序列進(jìn)行蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，結(jié)果如表2和圖2所示?？梢钥闯觯M成SNAC家族成員的多肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有4種類型，分別為α-螺旋(alpha-helix)、β-轉(zhuǎn)角(beta-turn)、延伸鏈結(jié)構(gòu)(etended strand)以及無(wú)規(guī)則卷曲(rndom coil)，以α-螺旋和無(wú)規(guī)卷曲為主，并且無(wú)規(guī)則卷曲占的比例最高，而β-轉(zhuǎn)角和延伸鏈結(jié)構(gòu)所占的比例則相對(duì)較少。對(duì)SNAC家族成員二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)和分析有助于認(rèn)識(shí)蛋白的空間結(jié)構(gòu)。

表2 SNAC家族成員的二級(jí)結(jié)構(gòu) 4 種類型所占的比例及磷酸化位點(diǎn)預(yù)測(cè)Table 2 Proportion of 4 types of secondary structure of SNAC family members and prediction of phosphorylation sites

圖2 SNAC家族成員的二級(jí)結(jié)構(gòu)Fig.2 Secondary structure of SNAC family members

2.7 玉米SNAC蛋白的保守結(jié)構(gòu)域分析

利用MEME工具來(lái)識(shí)別玉米SNAC蛋白中10個(gè)不同的保守模體(圖3)。根據(jù)10個(gè)預(yù)測(cè)基序的分布，16個(gè)SNAC成員與系統(tǒng)發(fā)育分析的分類一致。NAC轉(zhuǎn)錄因子家族成員N端都具有高度保守的結(jié)構(gòu)域，由大約150個(gè)高度保守的氨基酸殘基組成，可以形成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的三維結(jié)構(gòu)，并能特異結(jié)合目標(biāo)DNA和蛋白[34]。圖3中16個(gè)SNAC蛋白都具有基序2和基序3，而ZmNAC070359不具有基序1，在氨基酸序列分析中ZmNAC070359不具有子域A，但還是與剩余15個(gè)SNAC蛋白共享子域B和C。此外，盡管轉(zhuǎn)錄激活區(qū)相對(duì)不同，但在一些SNAC亞群中，轉(zhuǎn)錄激活區(qū)還是存在一些保守的子域?；?在ZmNAC010312、ZmNAC050436和ZmNAC050302中都存在。同時(shí)，ZmNAC010312存在的基序5也與ZmNAC020303、ZmNAC050302、ZmNAC050436、ZmNAC070300共享?；?也存在于多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域，如ZmNAC010373、ZmNAC031467、ZmNAC070395、ZmNAC080308、ZmNAC080398和ZmNAC100475。ZmNAC020303、ZmNAC031467、ZmNAC070300和ZmNAC080308都具有基序9。耐旱因子ZmNAC100475上的基序9也存在于ZmNAC031467、ZmNAC040359和ZmNAC080308中。

圖3 SNAC家族成員的基因結(jié)構(gòu)分布及蛋白基序分布Fig.3 Distribution of gene structure and protein sequence of SNAC family members

2.8 玉米SNAC基因結(jié)構(gòu)分析

對(duì)玉米SNAC基因的核苷酸結(jié)構(gòu)分析可知，ZmNAC050436不存在上游調(diào)控區(qū)域，其余基因均存在上下游調(diào)控區(qū)域。在內(nèi)含子方面，6個(gè)基因(ZmNAC010312、ZmNAC020303、ZmNAC050436、ZmNAC050302、ZmNAC070300、ZmNAC070359)由一個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成，6個(gè)基因(ZmNAC010373、ZmNAC030295、ZmNAC060339、ZmNAC080308、ZmNAC080398、ZmNAC100475)由兩個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成，3個(gè)基因(ZmNAC040359、ZmNAC070395、ZmNAC090241)由三個(gè)內(nèi)含子組成，而ZmNAC031467由8個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成，這可能與基因序列較長(zhǎng)有關(guān)。玉米SNAC基因內(nèi)含子較少，這可能與啟動(dòng)下游基因表達(dá)有關(guān)，越少的內(nèi)含子可以更快的啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄激活，從而加快相關(guān)基因的表達(dá)或抑制。ZmNAC050302、ZmNAC050436和ZmNAC070300三個(gè)基因結(jié)構(gòu)相似度較高，分別與ZmNAC070300基因的相似度為50.88%和53.76%，同時(shí)ZmNAC050302和ZmNAC050436兩個(gè)基因相似度最高達(dá)93.58%。結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育分析，很明顯同一亞群中最密切相關(guān)的成員具有相似的基因結(jié)構(gòu)。

2.9 啟動(dòng)子分析

SNAC基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控與啟動(dòng)子區(qū)應(yīng)激反應(yīng)調(diào)控元件的存在有關(guān)，如DRE(dehydration-responsive elements)、ABRE(ABA-responsive elements)、茉莉酸反應(yīng)元件、水楊酸反應(yīng)元件、LTRE(low-temperature responsive elements)、MYB(myeloblastosis)和MYC(myelocytomatosis)結(jié)合位點(diǎn)[35]。通過(guò)生物信息學(xué)分析和預(yù)測(cè)，玉米SNAC基因家族啟動(dòng)子區(qū)域均含有大量的逆境響應(yīng)相關(guān)元件(表3)，這些元件參與逆境脅迫應(yīng)答(干旱)和脫落酸(ABA)誘導(dǎo)的表達(dá)調(diào)控，其中所有成員都含有DRE、MYB兩種調(diào)控元件；15個(gè)SNAC啟動(dòng)子含有ABRE調(diào)控元件。ZmNAC030295、ZmNAC031467、ZmNAC090241的啟動(dòng)子含有較多ABRE元件，分別含有10、14、12個(gè)，說(shuō)明對(duì)脫落酸誘導(dǎo)的表達(dá)調(diào)控較為敏感。這三種轉(zhuǎn)錄因子與抗非生物逆境調(diào)控有關(guān)，另外還發(fā)現(xiàn)有MYC調(diào)控元件。此外，某些基因還具有獨(dú)特的順式作用元件，如ZmNAC030295含有多個(gè)參與光響應(yīng)的順式作用元件(G-box、TCT-motif、TCCC-motif)；ZmNAC050302含有赤霉素反應(yīng)元件(GARE-motif)；ZmNAC080398含有參LTRE順式作用元件 。以上結(jié)果表明，玉米SNAC家族基因通過(guò)這些元件的調(diào)控可能在玉米逆境響應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。

表3 玉米SNAC基因家族啟動(dòng)子ABRE、DRE、MYB、MYC元件的數(shù)量分布Table 3 Distribution of ABRE,DRE,MYB,MYC components in promoters of SNAC gene family in maize

3 討論

玉米是我國(guó)三大糧食作物之一，是高效的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的影響，也是調(diào)整我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的核心。非生物脅迫引發(fā)一系列植物反應(yīng)，包括基因表達(dá)模式和細(xì)胞代謝的改變。轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)介導(dǎo)多種非生物脅迫反應(yīng)和生物過(guò)程的基因表達(dá)[36]。本研究對(duì)玉米SNAC家族進(jìn)行了生物信息學(xué)分析,結(jié)果表明，玉米SNAC家族存在著大量的磷酸化位點(diǎn)，同時(shí)因不具有跨膜結(jié)構(gòu)，推測(cè)均在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)和調(diào)控。此外，脂肪族氨基酸指數(shù)分布區(qū)域范圍較小，總體表明蛋白質(zhì)間熱穩(wěn)定性差異較小，而ZmNAC030295和ZmNAC080398的不穩(wěn)定參數(shù)較高，因此推測(cè)該基因可能還具備其他功能，有助于提高玉米SNAC基因家族功能的多樣化。啟動(dòng)子分析表明，玉米SNAC家族啟動(dòng)子區(qū)域均含有大量的逆境響應(yīng)相關(guān)元件，這些元件通過(guò)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合來(lái)調(diào)控下游基因的表達(dá)從而參與到植物抗逆響應(yīng)。二級(jí)結(jié)構(gòu)分析表明，玉米SNAC的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)具有高度的內(nèi)在混亂性，使得SNAC蛋白不能有一個(gè)單一穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而這種靈活性使SNAC蛋白能與不同的靶蛋白相互作用，同時(shí)也使SNAC蛋白成為轉(zhuǎn)錄因子功能和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析的模式蛋白，造就了SNAC轉(zhuǎn)錄因子不同的功能作用。

根據(jù)在擬南芥、水稻、大豆中報(bào)道的幾個(gè)典型耐脅迫NAC基因，16個(gè)玉米SNAC家族蛋白共有4個(gè)保守基序，構(gòu)成一個(gè)NAC結(jié)構(gòu)域，在識(shí)別和結(jié)合特定DNA序列中起作用，而位于C末端的轉(zhuǎn)錄區(qū)域被認(rèn)為是反式激活結(jié)構(gòu)域[37]。據(jù)報(bào)道，SNAC1、GmSNAC49和CarNAC3所在非生物和生物脅迫耐受性中起著至關(guān)重要的作用。例如，水稻SNAC1基因?qū)胄←溨械倪^(guò)表達(dá)株系與野生型相比，過(guò)表達(dá)的植株表現(xiàn)出對(duì)干旱和高鹽的耐受性顯著增強(qiáng)，正調(diào)控與非生物脅迫ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑關(guān)聯(lián)基因的表達(dá)[38]。大豆GmSNAC49的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致干旱和ABA信號(hào)通路相關(guān)基因的上調(diào)，在耐旱性中發(fā)揮積極作用；鷹嘴豆CarNAC4在擬南芥中的過(guò)量表達(dá)提高了擬南芥對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受性[39]。這些結(jié)果表明，進(jìn)化關(guān)系密切的NAC基因在植物中可能具有相似的生物學(xué)功能。這些信息可用于探索植物，特別是主要作物玉米中潛在的脅迫相關(guān)SNAC基因。

系統(tǒng)進(jìn)化分析表明，ZmNAC030295與TaNAC6基于同一亞群，同時(shí)有研究揭示，TaNAC6在提高小麥耐逆性和調(diào)控小麥生長(zhǎng)發(fā)育方面的潛在作用[40]。同時(shí)ZmNAC050302與三個(gè)耐脅迫因子ZmNAC050436、SNAC1和ZmNAC010312在同一亞群，ZmNAC050302、ZmNAC050436和ZmNAC010312都僅有1個(gè)內(nèi)含子。結(jié)構(gòu)域分析表明，ZmNAC050302、ZmNAC050436、ZmNAC010312三個(gè)基因具有相同的基序，ZmNAC050302和ZmNAC010312共享基序6。這些結(jié)果預(yù)測(cè)ZmNAC050302在抗逆境方面有一定的正向調(diào)控作用。同時(shí)，ZmNAC080398與ZmNAC111(ZmNAC100475)的進(jìn)化關(guān)系較近，具有相似的基因結(jié)構(gòu)，在具有A～E亞域的基礎(chǔ)上還共享基序8，說(shuō)明ZmNAC080398也可能在玉米脅迫環(huán)境中起著一定作用。同時(shí)，過(guò)量表達(dá)SNAC2和OsNAC6能提高轉(zhuǎn)基因水稻的抗旱和抗鹽能力[15-16]，本研究中16個(gè)SNAC基因家族通過(guò)玉米抗旱自交系Tie 7922經(jīng)過(guò)水分脅迫之后，各個(gè)基因在不同時(shí)間不同部位都發(fā)生顯著變化，比如，GRMZM2G430849_P01(ZmNAC050302)基因在脅迫后24 h表達(dá)量最高，而GRMZM2G162739_P01(ZmNAC080398)基因在1 h這個(gè)時(shí)間段表達(dá)最為明顯[43]。所以預(yù)測(cè)它們?cè)诜巧锩{迫中參與了響應(yīng)。

總之，本研究系統(tǒng)分析了玉米SNAC蛋白的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和保守基序。在脅迫相關(guān)亞群中，一些預(yù)測(cè)的應(yīng)激反應(yīng)SNAC基因被篩選分離出來(lái)。生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)加深了對(duì)玉米SNAC基因參與植物對(duì)非生物脅迫反應(yīng)的理解，為進(jìn)一步揭示玉米SNAC基因家族的耐逆境功能，抗逆分子育種和挖掘SNAC基因應(yīng)用潛力提供參考。