微生物制剂MP喷施烟叶后的差异蛋白分析

为明确微生物制剂MP(芽孢杆菌)喷施烟叶后对其品质的影响,以喷施微生物制剂MP和清水的烟叶作为研究材料,采用蛋白质双向凝胶电泳法分析了烟叶中蛋白质的表达差异。结果显示,在MP制剂诱导烟叶后,有6个蛋白质的表达量发生了显著变化,其中5个蛋白点上调表达,1个蛋白点下调表达。利用基质辅助激光解析串联飞行时间质谱法(MALDI TOF/TOF MS)对这6个差异蛋白进行了分析,结果共鉴定出4个差异蛋白,分别为烟草酸性几丁质酶PR-P、烟草几丁质酶前体、内切几丁质酶A前体和逆渗透蛋白。几丁质酶和逆渗透蛋白与植物的抗病性密切相关,说明在喷施MP制剂后烟叶可能产生抵御外源病菌的应急机制并进而提高其抗病性。     

一个受青枯病菌诱导的烟草功能基因NtCNGC1的克隆与表达分析

前期转录组研究发现1个环核苷酸门控离子通道（CNGC）基因在抗青枯病烟草品种DB101中上调表达,推测可能参与抵抗烟草青枯病菌侵染的防卫反应。为进一步研究该基因在烟草诱导防御反应中的作用,本研究采用PCR扩增法从DB101中获得烟草CNGC基因的cDNA和基因组序列,命名为NtCNGC1基因。生物信息学和基因表达分析表明,该基因含有8个外显子和7个内含子,编码区（CDS）全长2154 bp,编码717个氨基酸,蛋白分子量为83 kD,理论等电点为9.35。在NtCNGC1基因起始密码子上游1500 bp的核苷酸序列区间预测到防御与应激反应、病原菌应答、水杨酸响应、真菌激发子响应及伤口响应等应答元件。NtCNGC1基因在烟草根中表达最高、茎中其次、叶中最低。受青枯病菌诱导后,NtCNGC1基因在抗病品种（DB101）中的表达量明显高于感病品种（红花大金元）。初步证实NtCNGC1为烟草青枯病抗性相关基因。      

NtCycB2基因表达对烟草腺毛发生的影响

烟草腺毛是烟草表皮细胞的特化结构,对烟株抗性及烟叶品质具有重要影响。为探索烟草腺毛密度的分子调控途径,本文对烟草B型细胞周期蛋白基因NtCycB2进行了同源克隆和生物信息学分析,并对其表达特性和生物学功能进行研究。结果表明该基因包含333bp的编码区,编码110个氨基酸,该序列在栽培烟草不同类型、不同品种间高度保守,但与SlCycB2和AtCycB2同源性分别为71.05%和52.38%。RT-PCR分析表明NtCycB2在叶面腺毛和花中的表达水平较高,并受到盐、温度、MeJA等逆境信号的诱导;分别利用基因过表达和基因编辑技术获得了NtCycB2过量表达和敲除株系;植株腺毛形态学观察发现NtCycB2过表达植株腺毛密度显著减少,基因敲除植株分泌型腺毛密度显著增加,而非分泌型腺毛变化不大,该研究表明NtCycB2对烟草分泌型腺毛发生具有明显的负调控作用,在烟草腺毛密度分子调控和叶面化学定向改良中具有较大潜力。      

普通烟草抗渗透胁迫基因NtP5CS的克隆与表达分析

从普通烟草中克隆脯氨酸合成的关键酶基因P5CS,分析其序列特征、进化关系、表达模式,以期为烟草的抗逆研究奠定基础。设计兼并引物获得P5CS基因中间片段,利用RACE技术扩增其全长cDNA;采用生物信息学技术分析该基因的序列结构及其编码蛋白的保守域及基本特性;利用RT-PCR研究其表达模式。从受干旱胁迫诱导的普通烟草品种中烟14中克隆到全长为2584bp的烟草P5CS基因,命名为NtP5CS,GenBank登录号为HM854026,开放读码框为2160 bp,编码719个氨基酸。经Blast同源性比对分析,该序列与番茄tomPRO2基因在核苷酸和氨基酸水平上高度同源。系统进化树分析显示,NtP5CS与番茄tomPRO2基因可能是直系同源基因。RT-PCR分析表明,干旱、低温、ABA、高盐等胁迫条件均可诱导NtP5CS基因的上调表达,且在旺长期和胁迫条件下根和叶中表达量最高。首次从普通烟草中克隆得到P5CS基因,该基因对水分胁迫响应,可能参与普通烟草抗渗透胁迫反应。     

烟草HD-ZIP Ⅳ转录因子NtPDF2基因的克隆及表达分析

为了明确NtPDF2在烟草中的生物学功能及其调控腺毛分化发育的作用机制,同源克隆了烟草NtPDF2基因,并对其序列、基因结构、进化关系以及表达模式进行分析。结果表明:NtPDF2 CDS全长为2 199 bp,编码732个氨基酸残基。烟草PDF2蛋白质序列高度保守,尤其是C端序列,均含有3个保守结构域(Homeobox domain,START domain和SAD domain)和1个保守LZ(Leucine zipper)元件。烟草PDF2基因结构高度保守,均由10个外显子和9个内含子组成。进化分析表明,普通烟草NtPDF2基因是由林烟草ML1基因进化而来。表达分析显示,烟草PDF2基因表达具有明显的时空特异性。干旱、黑暗和磷饥饿胁迫可显著下调NtPDF2基因的表达,而盐胁迫对其没有明显影响;NtPDF2基因的表达在赤霉素(GA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、脱落酸(ABA)和打顶处理条件下均显著上调,这暗示烟草NtPDF2基因参与了调控多种非生物胁迫和激素应答过程。     

烟草过氧化氢酶基因CAT1的克隆及表达特征分析

基于GeneBank中已有的植物Catalase 1（CAT1）基因序列设计烟草CAT1的特异性引物,通过RT-PCR扩增克隆获得Nicotiana tabacum var. NC89 CAT1全长mRNA序列,可编码492个氨基酸残基。遗传进化分析显示NC89 CAT1中与N .benthamiana CAT1基因亲缘关系最近。利用real-time RT-PCR技术对CAT1基因在烟草中的组织表达特异性和烟草NC89应对生物和非生物胁迫的表达差异进行了分析。结果表明CAT1基因在烟草NC89的根、茎、叶、花瓣、花萼、种子中均有表达,其中在根部表达量最低,在叶中相对表达量最高。生物和非生物胁迫处理烟株,其CAT1诱导表达分析显示,机械损伤、渗透压、低温和高温、干旱、和感染TMV CAT1表达量上调,紫外胁迫下表达量下调。上述研究表明烟草CAT1基因可能参与了植物的生长发育、应对非生物和生物胁迫的过程。      

大豆rbcL基因克隆、序列分析及原核表达

利用叶绿体基因组保守性的特征,根据菜豆、豌豆、烟草的rbcL基因序列设计引物,从大豆叶绿体DNA中克隆rbcL基因,全长序列为1488bp,包括1449bp的开放阅读框,编码482个氨基酸。相似性比较显示,此序列与其它10个物种rbcL基因核苷酸的同源性为85．37％～95．31％,氨基酸的同源性为90．87％-96．47％。将该基因与表达载体pET-30a（＋）连接,转化大肠杆菌Rosseta感受态细胞,PCR和酶切鉴定筛选阳性克隆,阳性菌液IPTG诱导后经10％SDS—PAGE分析,结果显示,诱导表达出分子量约为60kD的特异融合蛋白。     

烟草橙蛋白基因的克隆与生物信息学分析

为了获得烟草OR(NtOR)基因的全长序列和进一步揭示其在特色烟叶形成中的作用,采用同源克隆法从烟草品种K326中克隆了NtOR的全长cDNA和基因组DNA序列,GenBank登录号为JN379458和JN375578.生物信息学分析表明,NtOR基因组DNA全长5027bp,cDNA为1188 bp,编码317个氨基酸残基.NtOR蛋白具有2个跨膜域、1个信号肽剪切位点、5个糖基化位点和11个磷酸激酶修饰位点,二级结构包含12个α-螺旋和20个β-折叠,亚细胞定位于质膜上.系统进化与BLAST分析表明,NtOR是SlOR和ViOR的垂直同源基因.GENEVESTIGATOR数据库的芯片结果显示,NtOR基因在子叶中的表达量最高,其次是成熟叶片、幼茎和花,其他组织器官的表达相对较弱.     

烟草E3泛素连接酶NtHOS1a和NtHOS1b基因的克隆与表达分析

为明确与烟草低温早花有关的调控基因,利用生物信息学方法结合RT-PCR和SMART RACE技术,从烟草中克隆了2个E3泛素蛋白连接酶HOS1基因cDNA全长序列,分别命名为NtHOS1a(Gen Bank登录号:KU558689)和NtHOS1b(Gen Bank登录号:KU558690)。NtHOS1a基因全长为3 599 bp,编码963个氨基酸;NtHOS1b基因全长为3 578 bp,编码954个氨基酸;两基因氨基酸序列的一致性为95%,与拟南芥HOS1蛋白(NP_181511)的序列一致性分别为51%和50%。两基因编码蛋白的N末端均含有一个E3泛素连接酶特征的环指结构域。荧光定量PCR分析表明:在正常生长条件下,NtHOS1a和NtHOS1b在烟草根、茎、叶中表达强烈,12℃低温处理10 d后两基因在烟草根、茎、叶中的表达量均有不同程度的降低,说明在烟草根、茎、叶组织中NtHOS1a和NtHOS1b的表达量受低温胁迫的负向调控。     

烟草硝酸盐转运蛋白NtNRT1.5基因的克隆及功能分析

  背景和目的  低亲和硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因在植物吸收和转运硝态氮过程中发挥重要作用,为研究烟草NRT1家族基因在烟草氮素利用中的作用。  方法  从栽培烟草品种K326中克隆获得NtNRT1.5的全长cDNA序列,利用生物信息分析、qRT-PCR技术和转基因技术系统分析NtNRT1.5基因的序列特征、表达模式及在提高烟草氮素利用效率方面的功能。  结果  NtNRT1.5全长序列包含1800 bp开放阅读框、编码599个氨基酸,编码的蛋白质具有NRT基因家族的共有结构特征,与拟南芥AtNRT1.5相似性达到59.28%。亚细胞定位结果表明NtNRT1.5蛋白定位在细胞膜上,其启动子中包含多个与硝酸盐（A(C/G)TCA）、胁迫（MYB）、根系特异表达（ROOT MOTIF BOX）相关的响应元件。表达模式分析结果表明NtNRT1.5主要在根部表达,其次是衰老叶片和茎,新叶基本不表达;低氮抑制其在根系中的表达,说明NtNRT1.5主要负责正常条件下的硝酸盐的吸收;低氮条件下,NtNRT1.5过表达显著提高了转基因烟株的氮素利用率。  结论  NtNRT1.5基因在烟草氮素的吸收和转运上行使重要功能,通过提高过表达烟草的氮素利用率,增加植株的生物量。本研究为后期培育烟草氮高效利用新品种提供了理论依据。      

外源dsRNA介导的RNAi对烟草CMV侵染的抑制作用

为研究外源dsRNA介导的RNA干扰（RNA interference, RNAi）对烟草黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus, CMV）侵染的抑制作用,选择与病毒在寄主体内胞间移动和长距离运输密切相关的移动蛋白（Movement protein, MP）基因为靶标,通过克隆CMV MP基因,结合序列分析评估设计dsRNA,以体外合成的方式制备了MP基因中一段490 bp的dsRNA。通过与CMV共接种,结合MP基因表达水平和病毒发病症状,综合评价MP dsRNA对CMV的抑制效果。结果表明,外源喷施的MP dsRNA显著降低了染病烟株中CMV基因的表达水平,有效抑制了病毒的侵染和危害,具有烟草CMV生物防治的应用潜力。     

烟草DELLA基因家族的克隆与表达模式分析

为明确烟草受逆境胁迫时DELLA基因家族的转录调节功能,通过烟草EST序列比对分析克隆了3个DELLA基因家族基因（NtDELLA1,NtDELLA2,NtDELLA3）,并对3个基因的结构和表达模式进行了分析。生物信息学分析结果表明,烟草DELLA基因全长1 700 bp左右,其编码蛋白包含DELLA蛋白的特征结构域DELLA基序和VHYNP基序,与拟南芥DELLA蛋白家族的GAI蛋白高度同源,推测烟草DELLA蛋白与拟南芥DELLA蛋白具有类似的功能;荧光定量PCR分析结果表明,这3个基因在烟草不同组织和关键生长发育时期表达模式类似,尤以茎中表达量最高;胁迫应答分析结果表明,烟草DELLA基因的转录对干旱、低温、烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）侵染和外源激素均表现出不同程度的响应,其中干旱、赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）可抑制烟草DELLA基因的表达,而低温胁迫可诱导NtDELLA1上调表达,TMV侵染可诱导NtDELLA1和NtDELLA2的大量表达。      

普通烟草钙依赖蛋白激酶NtCDPK15的基因克隆及表达分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK)对Ca²⁺信号转导通路下游元件的调控具有重要作用。本实验采用同源克隆技术从普通烟草中分离得到1 个CDPK 基因,命名为NtCDPK15(GenBank 登录号为JN662020),cDNA 全长为1963 bp,ORF 大小为1569 bp,编码522 个氨基酸。多序列比对结果表明,NtCDPK15 的编码产物具有典型的CDPK 保守序列,C 末端调控区有4个EF 手性结构。系统进化树分析显示,NtCDPK15 可能来源于绒毛状烟草,预测NtCDPK15 与NtCDPK1这对旁系同源基因在功能上可能非常保守。实时荧光定量PCR 分析结果表明,NtCDPK15 在根和叶中的表达量显著高于茎中的表达量,但经盐胁迫诱导后NtCDPK15 在茎中的表达量显著增加,同时,盐胁迫还使基因在叶中的表达量显著上调,ABA 胁迫可诱导基因在根中的表达,而干旱胁迫可使基因在根和叶中的表达量下调,这些结果说明NtCDPK15 在普通烟草中的表达受盐胁迫及ABA 胁迫诱导,但受干旱胁迫抑制。     

Cams1基因在烟草上的同源克隆及生物信息学分析

为拓宽烟草不育基因的来源,依据辣椒雄性不育基因Cams1序列,在烟草品种K326中同源克隆获得基因Ntms1,采用生物信息学方法对辣椒Cams1基因和烟草Ntms1基因的核苷酸序列、蛋白质结构、亲疏水性及结构域等进行分析,并利用CRISPR/Cas9技术对Ntms1基因功能进行了验证。结果表明,Cams1基因和Ntms1基因的蛋白质序列相似度为85.25%,基因编码产物具有相同的PHD功能结构域,都具有磷酸化识别位点,有相似的二级和三级蛋白质结构,且两个基因都没有信号肽和跨膜区的结构,推测烟草Ntms1基因与辣椒不育基因Cams1具有相似的控制育性功能。遗传转化结果表明,突变株的Ntms1基因表达量和有活力花粉量极显著低于野生型植株,证明了烟草Ntms1基因具有控制烟草花粉育性功能。     

烟草腺毛优势表达基因NtMYB108b的克隆及分析

为揭示NtMYB108转录因子在烟草中的功能,从栽培烟草K326的叶片腺毛中克隆到1条MYB基因的全长cDNA序列,命名为NtMYB108b。NtMYB108b的开放阅读框为828 bp,编码275个氨基酸。生物信息学预测显示,NtMYB108b蛋白定位于细胞核,属于R2R3-MYB型转录因子S20亚组成员,与绒毛状烟草亲缘关系最近,序列相似性为100.00%。实时荧光定量PCR分析显示,NtMYB108b在烟草腺毛中优势表达;NtMYB108b在团棵期叶片中相对表达量最高,在现蕾期5个叶位中的表达无显著差异。经乙烯利（ET）和水杨酸（SA）处理后,NtMYB108b的表达量显著上调,而经茉莉酸甲酯（MeJA）、赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）处理后其表达量无显著变化;使用聚乙二醇（PEG）处理模拟干旱胁迫,处理2 d后NtMYB108b表达量上调,这说明NtMYB108b的功能可能涉及ET、SA信号转导和干旱胁迫。      

烟草绿原酸合成关键基因NtHQT1的克隆及表达分析

绿原酸(Chlorogenic acid,CGA)是烟叶中含量最高的多酚类物质,羟基肉桂酰辅酶A奎尼羟基肉桂转移酶(Hydroxycinnamoyl-Co A quinate hydroxycinnamoyl transferase,HQT)是植物绿原酸合成代谢途径中的关键酶。为研究HQT基因在烟草绿原酸合成中的作用机制,通过同源克隆技术从烟草中克隆到一个新的HQT基因,命名为Nt HQT1。生物信息学和激素处理后基因表达模式分析结果表明:Nt HQT1 c DNA全长1 305 bp,编码435个氨基酸,Nt HQT1定位在细胞质中,属于疏水性蛋白,其二级结构主要是螺旋和无规则卷曲;茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,Me JA)、生长素(3-Indoleacetic acid,IAA)、独角金内酯类似物(GR24)、细胞分裂素(6-Benzylaminopurin,6-BA)和赤霉素(Gibberellic acid,GA)能明显上调Nt HQT1基因的表达,脱落酸(Abscisic acid,ABA)对基因表达没有明显作用,预示Nt HQT1基因在烟草生长发育和抗病等生物学过程中发挥重要作用。      

苦荞和甜荞二氢黄酮醇4-还原酶基因（Dfr）的克隆及序列分析

采用同源基因克隆的方法,以苦荞和甜荞叶片为材料,提取总RNA,经RT-PCR 扩增获得其二氢黄酮醇4- 还原酶基因(dfr)cDNA 序列,并通过T 载体克隆后测序。序列分析表明,获得了苦荞和甜荞dfr 的全长cDNA编码序列,其1026bp 的全长开放阅读框(ORF)均编码341 个氨基酸,并具典型的dfr 结构特征和功能模块。同源性分析显示,苦荞和甜荞与其他植物的dfr 基因核苷酸相似性为71%～98%;根据氨基酸序列构建系统进化树表明,二者与豆科、桑科和蔷薇科聚为一类。