Evolutionary studies conducted on NAC (NAM, ATAF1&2, and CUC2) genes for all major groups of land plants, indicate the presence of the NAC subfamilies, even in the early land plants. The varied roles played by NAC proteins in plant growth and development range from the formation of shoot apical meristem, floral organ development, reproduction, lateral shoot development, and defense responses to biotic and abiotic stresses. Considering the value and importance of solanaceous crops, the study of NAC proteins in these plants needs to be intensified. This will help to identify and functionally characterize their promoters, which will subsequently aid in engineering plants with improved performance under stressful conditions. In this review, the functionally characterized NAC transcription factors specific to tomato, potato, tobacco, chili pepper and eggplant (aubergine) are summarized, clearly indicating their biological functions in the defense mechanism of the plants, against biotic and abiotic stresses.
Guogeng Jia;Khaing Shwe Zin Thinn;Sun Ha Kim;Jiyoung Min;Sang-Keun Oh
The Plant Pathology Journal
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v.40
no.5
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pp.512-524
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2024
Transcription factors (TFs) regulate gene expression by binding to DNA. The NAC gene family in plants consists of crucial TFs that influence plant development and stress responses. The whole genome of Capsicum annuum shows over 100 NAC genes (CaNAC). Functional characteristics of the most CaNAC TFs are unknown. In this study, we identified CaNAC4, a novel NAC TF in C. annuum. CaNAC4 expression increased after inoculation with the pathogens, Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria race 3 and X. axonopodis pv. glycines 8ra, and following treatment with the plant hormones, salicylic acid and abscisic acid. We investigated the functional characteristics of the CaNAC4 gene and its roles in salt tolerance and anti-pathogen defense in transgenic Nicotiana benthamiana. For salt stress analysis, the leaf discs of wild-type and CaNAC4-transgenic N. benthamiana plants were exposed to different concentrations of sodium chloride. Chlorophyll loss was more severe in salt stress-treated wild-type plants than in CaNAC4-transgenic plants. To analyze the role of CaNAC4 in anti-pathogen defense, a spore suspension of Botrytis cinerea was used to infect the leaves. The disease caused by B. cinerea gradually increased in severity, and the symptoms were clearer in the CaNAC4-transgenic lines. We also investigated hypersensitive response (HR) in CaNAC4-transgenic plants. The results showed a stronger HR in wild-type plants after infiltration with the apoptosis regulator, BAX. In conclusion, our results suggest that CaNAC4 may enhance salt tolerance and act as a negative regulator of biotic stress in plants.
Drought stress is one of the important factors that restrict the expansion of Hevea brasiliensis cultivation to non-traditional regions experiencing extreme weather conditions. Plants respond to drought stress by triggering expression of several drought responsive genes including transcription factors which in turn trigger expression of various downstream signalling pathways and adaptive networks. Expression of such drought responsive genes may revert back to their original level upon re-watering. However, no reports are available on such phenomenon in Hevea and hence, this study was initiated. For this purpose, NAC transcription factor (NAC tf) was chosen as candidate gene. Its expression levels were monitored under intermittent drought as well as irrigated conditions in two clones (RRII 105 and RRIM 600) of H. brasiliensis with contrasting tolerance level. Copy number of NAC tf was found similar in both the clones. Expression of NAC tf was found highly up-regulated in RRIM 600 (a relatively drought tolerant clone) than in RRII 105 (a relatively drought susceptible clone) throughout the drought incidences which upon re-watering, reached back to its original levels in both the clones. The study indicated the existence of an association between expression of NAC tf and drought tolerance trait exhibited by the tolerant clone RRIM 600. The study also proves the influence of drought and re-watering on the leaf photosynthesis and expression of NAC tf in H. brasiliensis.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.168-168
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2017
Drought conditions during cultivation reduce agricultural production yield less than a theoretical maximum yield under normal condition. Plant specific NAC transcription factors in rice are known to play an essential roles in stress resistance transcriptional regulation. In this study, we report the rice (Oryza sativa L japonica) NAM, AFTF and CUC transcription factor OsNAC17, which is predominantly induced by abiotic stress in leaf, was contribute to the drought tolerance mediated reactive oxygen species (ROS) in transgenic rice plants. Constitutive (PGD1) promoter was introduced to overexpress OsNAC17 and produced the transgenic PDG1:OsNAC17. Overexpression of OsNAC17 throughout the whole plant improved drought resistance phenotype at the vegetative stage. Morphological characteristics such as grain yield, grain filling rate, and total grain weight improved by 22~64% over wild type plants under drought conditions during the reproductive stage. The improved drought tolerance in transgenic rice was involved in reducing stomatal density up to 15% than in wild type plants and in increasing reactive oxygen species-scavenging enzyme. DEG profiling experiment identified 119 up-regulated genes by more than twofold (P<0.01). These genes included UDP-glycosyltransferase family protein, similar to 2-alkenal reductase (NADPH-dependent oxireductase), similar to retinol dehydrogenase 12, Lipoxygenase, and NB-ARC domain containing protein related in cell death. Furthermore, OsNAC17 was act as a transcriptional activator, which has an activation domain in C-terminal region. These result demonstrate that the overexpression of OsNAC17 improve drought tolerance by regulating ROS scavenging enzymes and by reducing stomatal density
Jeong, Jin Seo;Park, Yeong Taek;Jung, Harin;Park, Su-Hyun;Kim, Ju-Kon
Plant Biotechnology Reports
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v.3
no.2
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pp.127-134
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2009
Members of the NAM-ATAF-CUC (NAC) protein family are plant-specific transcription factors that contain a highly conserved N-terminal NAC-domain and diverse C-terminal regions. They have been implicated in plant development and abiotic stress responses. To identify interacters of rice NAC-domain proteins (OsNACs), we performed yeast two-hybrid screening of rice cDNA library using OsNAC5 as a bait, and the results showed that OsNAC5 interacts with other OsNACs including itself. To delineate an interacting domain, a series of deletion constructs of four OsNACs were made and transformed into yeast in various combinations. The results revealed that the conserved NAC domain of OsNACs plays a primary role in homodimer and heterodimer formation, and a part of C-terminal sequence is also necessary for the interaction. In vitro pull-down assays using recombinant OsNAC proteins verified the dimer formations, together suggesting that OsNACs may act by forming homodimers and/or heterodimers in plants.
Park, Sang Ryeol;Cha, Eun-Mi;Moon, Seok Jun;Shin, Dongjin;Hwang, Duk-Ju;Ahn, Il-Pyung;Bae, Shin-Chul
Korean Journal of Breeding Science
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v.43
no.5
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pp.457-463
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2011
Plant specific gene family, NAC (NAM, ATAF, and CUC) transcription factors have been characterized for their roles in plant growth, development, and stress tolerance. In this study, we isolated OsNAC69 gene and analyzed expression level by inoculation of bacterial leaf blight pathogen, Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). NAC transcription factor family can be divided into five groups (I-V). On the basis of phylogenetic analysis, OsNAC69 was fall into group II. OsNAC69 was strongly induced 1 hr after infected with Xoo. To investigate its biological function in the rice, we constructed vector for overexpression in rice, and then generated transgenic rice lines. Gene expression of OsNAC69-overexpressed transgenic rice lines were analyzed by northern blot. Analysis of disease resistance to pathogen Xoo, nine OsNAC69-overexpressed transgenic rice lines showing high expression level of OsNAC69 were shown more resistant than wild type. These results suggest that OsNAC69 gene may play regulatory role during pathogen infection.
Ermawati, Netty;Hong, Jong Chan;Son, Daeyoung;Cha, Joon-Yung
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.41
no.4
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pp.242-249
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2021
Forage crop management is severely challenged by global warming-induced climate changes representing diverse a/biotic stresses. Thus, screening of valuable genetic resources would be applied to develop stress-tolerant forage crops. We isolated two NAC (NAM, ATAF1, ATAF2, CUC2) transcription factors (ANAC032 and ANAC083) transcriptionally activated by multi-abiotic stresses (salt, drought, and cold stresses) from Arabidopsis by microarray analysis. The NAC family is one of the most prominent transcription factor families in plants and functions in various biological processes. The enhanced expressions of two ANACs by multi-abiotic stresses were validated by quantitative RT-PCR analysis. We also confirmed that both ANACs were localized in the nucleus, suggesting that ANAC032 and ANAC083 act as transcription factors to regulate the expression of downstream target genes. Promoter activities of ANAC032 and ANAC083 through histochemical GUS staining again suggested that various abiotic stresses strongly drive both ANACs expressions. Our data suggest that ANAC032 and ANAC083 would be valuable genetic candidates for breeding multi-abiotic stress-tolerant forage crops via the genetic modification of a single gene.
Netty Ermawati;Sang Gon Kim;Joon-Yung Cha;Daeyoung Son
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.43
no.1
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pp.42-49
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2023
The plant-specific NAC transcription factors control various biological processes, including plant development and stress responses. We have isolated an ANAC032 gene, one of the NAC transcription factor family, which was highly activated by multi-abiotic stresses, including high salt and drought in Arabidopsis. Here, we generated transgenic plants constitutively expressing ANAC032 and its knockout to identify the functional roles of ANAC032 in Arabidopsis under abiotic stress responses. The ANAC032-overexpressing plants showed enhanced tolerance to salinity and drought stresses. The anac032 knockout mutants were observed no significant changes under the high salt and drought conditions. We also monitored the expression of high salt and drought stress-responsive genes in the ANAC032 transgenic plants and anac032 mutant. The ANAC032 overexpression upregulated the expression of stress-responsive genes, RD29A and ERD10, under the stresses. Thus, our data identify that transcription factor ANAC032 plays as an enhancer for salinity and drought tolerance through the upregulation of stress-responsive genes and provides useful genetic traits for generating multi-abiotic stress-tolerant forage crops.
El-Moneim, D. Abd;Alqahtani, Mesfer M.;Abdein, Mohamed A.;Germoush, Mousa O.
Journal of Plant Biotechnology
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v.47
no.1
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pp.1-14
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2020
Drought and salinity are significant stressors for crop plants, including wheat. The relationship between physiological mechanisms and gene expression is important for stress tolerance. NAC transcription factors (TFs) play vital roles in abiotic stress. In this study, we assessed the expression of four TaNAC genes with some physiological traits of nine Egyptian wheat genotypes under different concentrations of PEG and NaCl. All the physiological traits that we assessed declined under both stress conditions in all genotypes. In addition, all the genes that we measured were induced under both stress conditions in young leaves. Shandaweel 1, Bani Seuf 7, Sakha 95, and Misr 2 genotypes showed higher gene expression and were linked with a better genotypic performance in physiological traits under both stress conditions. In addition, we found an association between the expression of NAC genes and physiological traits. Overall, NAC genes may act as beneficial markers for selecting for genotypic tolerance to these stress conditions in wheat.
Park, Sang Ryeol;Kim, Hye Seon;Lee, Kyong Sil;Hwang, Duk-Ju;Bae, Shin-Chul;Ahn, Il-Pyung;Lee, Seo Hyun;Kim, Sun Tae
Journal of Plant Biotechnology
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v.44
no.2
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pp.149-155
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2017
Bacterial blight in rice caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) greatly reduces the growth and productivity of this important food crop. Therefore, we sought to increase the resistance of rice to bacterial blight by using a NAC (NAM, ATAF, and CUC) transcription factor, one of the plant-specific transcription factors that is known to be involved in biotic/abiotic stress resistance. By isolating the OsNAC58 gene from rice and analyzing its biological functions related to Xoo resistance, phylogenetic analysis showed that OsNAC58 belongs to group III. To investigate the biological relationship between bacterial leaf blight (BLB) and OsNAC58 in rice, we constructed a vector for overexpression in rice and generated transgenic rice. The expression analysis resulting from use of RT-PCR showed that OsNAC58-overexpressed transgenic rice exhibited higher levels of OsNAC58 expression than wild types. Further, subcellular localization analysis using rice protoplasts showed that the 35S/OsNAC58-SmGFP fusion protein was localized in the nuclei. Thirteen OsNAC58-overexpressed transgenic rice lines, with high expression levels of OsNAC58, showed more resistant to Xoo than did the wild types. Together, these results suggest that the OsNAC58 gene of rice regulates the rice disease resistance mechanism in the nucleus upon invasion of the rice bacterial blight pathogen Xoo.
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