基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)內(nèi)的植物老化研究中心的研究人員發(fā)現(xiàn)，三個(gè)蛋白質(zhì)中心 - 被稱為NAC三駕馬車 - 控制著葉子老化的開始。他們的系統(tǒng)研究，公布的美國國家科學(xué)院論文集美利堅(jiān)合眾國(的PNAS)，描述蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備壽命期間發(fā)生變化，在衰老中發(fā)揮作用。

葉片變黃只是植物衰老的最明顯跡象之一 - 衰老的晚期階段，其涉及具有數(shù)千個(gè)基因的復(fù)雜過程，以及大量的生理，生化和代謝變化。它們由在植物生命期間進(jìn)化的幾種不同蛋白質(zhì)控制，以促進(jìn)或阻礙衰老。

在所有參與衰老過程的分子中，最大和最重要的蛋白質(zhì)組之一被稱為NAC。技術(shù)上稱為轉(zhuǎn)錄因子，NAC蛋白能夠精細(xì)調(diào)節(jié)其他NAC和其他年齡相關(guān)蛋白的表達(dá)。IBS的研究人員已經(jīng)確定了哪些NAC蛋白在植物衰老的不同階段最具影響力。

研究小組使用擬南芥植物，每種植物缺少49種選定的NAC蛋白中的一種，并測量其對其他NAC的影響。取決于缺失哪種NAC蛋白質(zhì)，其他NAC可能在14,18,22和26日齡植物的葉子中或多或少地表達(dá)。從發(fā)芽到種子生產(chǎn)，擬南芥具有約6-8周的快速生命周期：它在第14天成熟，并且在第26天顯示出超過40%的葉綠素?fù)p失。與人相比，該植物將類似于30在第14天年齡，并在第26天開始為退休儲蓄。

有趣的是，科學(xué)家在第14天和第18天之間發(fā)現(xiàn)了明顯的變化：從成年到衰老的顯著變化。在14日齡的葉片中，個(gè)體NAC的剝奪主要降低了其他NAC的表達(dá)水平，但它們的關(guān)系在18日齡葉片中翻轉(zhuǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，三種NAC蛋白(ANAC017，ANAC082和ANAC090)在這種反轉(zhuǎn)中發(fā)揮了重要作用：NAC三駕馬車在第18天之前阻礙了衰老，然后它就讓它發(fā)生了。

當(dāng)所有三種三駕馬車蛋白質(zhì)都起作用時(shí)，老化得到及時(shí)調(diào)節(jié)，但如果只缺少一種，則植物比正常年齡早。在缺乏ANAC017，ANAC082和ANAC090的植物中共有1,977,1,355和1,907個(gè)基因差異表達(dá)。其中，超過1,500個(gè)基因與衰老和葉子衰老有關(guān)。缺少一種或多種NAC的植物顯示其葉綠素含量和光合作用受損。結(jié)果，葉子變黃，這是與葉綠素分解相關(guān)的衰老癥狀，也更早發(fā)生。

NAC三駕馬車還抑制其他兩種促進(jìn)衰老的分子途徑。特別是，它可以阻止植物激素水楊酸(化學(xué)上類似于阿司匹林的活性成分)和氧自由基在衰老前積聚。已知水楊酸濃度的增加誘導(dǎo)參與細(xì)胞死亡的衰老相關(guān)基因(例如SAG12)的表達(dá)。研究小組發(fā)現(xiàn)，ANAC090控制著與水楊酸和ANAC017與氧自由基積累相關(guān)的幾個(gè)基因。

“三駕馬車可以是由三匹馬牽引的俄羅斯車輛，或者是一個(gè)有三個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者的政治組織。我們選擇這個(gè)術(shù)語'三駕馬車'代表兩種意義，”該研究的第一位合著者樸智煥說。“三個(gè)NAC的剝奪導(dǎo)致了同樣的結(jié)果;早期衰老，就像俄羅斯三駕馬車一樣，所有的馬都朝著同一個(gè)方向行駛。另一方面，每個(gè)NAC也有自己的特定功能，例如主要是ANAC017和ANAC090分別抑制水楊酸和自由基的反應(yīng)。因此，它也可以被認(rèn)為是一種政治三駕馬車，其中三位領(lǐng)導(dǎo)人管理政治制度的不同部分。“

“葉片衰老受蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)組織控制，隨著時(shí)間的推移而變化。在葉片成年期間，直到第18天，葉子阻礙衰老的發(fā)生以發(fā)揮其自身的作用：通過光合作用產(chǎn)生能量。然后葉子決定它的命運(yùn)。我們稱之為NAC三駕馬車的三個(gè)NAC就像一個(gè)協(xié)調(diào)及時(shí)激活和抑制其他幾種蛋白質(zhì)的中心，“本研究的主要作者之一HWANG Daehee解釋道。“換句話說，NAC三駕馬車抑制葉子老化，直到它是正確的時(shí)間。并且第14天和第18天之間的通過儀式成為葉子衰老的里程碑。”

總之，IBS科學(xué)家可以確定新的衰老調(diào)節(jié)因子，如ANAC090，并描述NAC，水楊酸和自由基之間可能存在的相關(guān)性。將來，這種方法可用于研究除NAC之外的其他植物轉(zhuǎn)錄因子家族。