蛋白质的Troika控制叶子老年发病

基础科学研究所(IBS)内的植物老化研究中心的研究人员发现，三个蛋白质中心 - 被称为NAC三驾马车 - 控制着叶子老化的开始。他们的系统研究，公布的美国国家科学院论文集美利坚合众国(的PNAS)，描述蛋白质网络的设备寿命期间发生变化，在衰老中发挥作用。

叶片变黄只是植物衰老的最明显迹象之一 - 衰老的晚期阶段，其涉及具有数千个基因的复杂过程，以及大量的生理，生化和代谢变化。它们由在植物生命期间进化的几种不同蛋白质控制，以促进或阻碍衰老。

在所有参与衰老过程的分子中，最大和最重要的蛋白质组之一被称为NAC。技术上称为转录因子，NAC蛋白能够精细调节其他NAC和其他年龄相关蛋白的表达。IBS的研究人员已经确定了哪些NAC蛋白在植物衰老的不同阶段最具影响力。

研究小组使用拟南芥植物，每种植物缺少49种选定的NAC蛋白中的一种，并测量其对其他NAC的影响。取决于缺失哪种NAC蛋白质，其他NAC可能在14,18,22和26日龄植物的叶子中或多或少地表达。从发芽到种子生产，拟南芥具有约6-8周的快速生命周期：它在第14天成熟，并且在第26天显示出超过40%的叶绿素损失。与人相比，该植物将类似于30在第14天年龄，并在第26天开始为退休储蓄。

有趣的是，科学家在第14天和第18天之间发现了明显的变化：从成年到衰老的显着变化。在14日龄的叶片中，个体NAC的剥夺主要降低了其他NAC的表达水平，但它们的关系在18日龄叶片中翻转。研究人员发现，三种NAC蛋白(ANAC017，ANAC082和ANAC090)在这种反转中发挥了重要作用：NAC三驾马车在第18天之前阻碍了衰老，然后它就让它发生了。

当所有三种三驾马车蛋白质都起作用时，老化得到及时调节，但如果只缺少一种，则植物比正常年龄早。在缺乏ANAC017，ANAC082和ANAC090的植物中共有1,977,1,355和1,907个基因差异表达。其中，超过1,500个基因与衰老和叶子衰老有关。缺少一种或多种NAC的植物显示其叶绿素含量和光合作用受损。结果，叶子变黄，这是与叶绿素分解相关的衰老症状，也更早发生。

NAC三驾马车还抑制其他两种促进衰老的分子途径。特别是，它可以阻止植物激素水杨酸(化学上类似于阿司匹林的活性成分)和氧自由基在衰老前积聚。已知水杨酸浓度的增加诱导参与细胞死亡的衰老相关基因(例如SAG12)的表达。研究小组发现，ANAC090控制着与水杨酸和ANAC017与氧自由基积累相关的几个基因。

“三驾马车可以是由三匹马牵引的俄罗斯车辆，或者是一个有三个领导者的政治组织。我们选择这个术语'三驾马车'代表两种意义，”该研究的第一位合着者朴智焕说。“三个NAC的剥夺导致了同样的结果;早期衰老，就像俄罗斯三驾马车一样，所有的马都朝着同一个方向行驶。另一方面，每个NAC也有自己的特定功能，例如主要是ANAC017和ANAC090分别抑制水杨酸和自由基的反应。因此，它也可以被认为是一种政治三驾马车，其中三位领导人管理政治制度的不同部分。“

“叶片衰老受蛋白质网络的动态组织控制，随着时间的推移而变化。在叶片成年期间，直到第18天，叶子阻碍衰老的发生以发挥其自身的作用：通过光合作用产生能量。然后叶子决定它的命运。我们称之为NAC三驾马车的三个NAC就像一个协调及时激活和抑制其他几种蛋白质的中心，“本研究的主要作者之一HWANG Daehee解释道。“换句话说，NAC三驾马车抑制叶子老化，直到它是正确的时间。并且第14天和第18天之间的通过仪式成为叶子衰老的里程碑。”

总之，IBS科学家可以确定新的衰老调节因子，如ANAC090，并描述NAC，水杨酸和自由基之间可能存在的相关性。将来，这种方法可用于研究除NAC之外的其他植物转录因子家族。