抗病毒病K326新品系Y48抗TMV的细胞学机制研究

Y48是对主栽烤烟品种K326的病毒病抗性进行定向改良培育出的新品系,在保持原K326其他性状不变的前提下,对TMV和CMV抗性显著提高。为揭示其在细胞学方面的抗病机制,本研究利用透射电子显微镜（TEM）对TMV接种0~72 h后的K326和Y48叶片进行超微结构观察。结果显示,K326接种24 h时,叶绿体类囊体片层减少,线粒体膨大,胞内出现自噬结构,接种72 h时,叶绿体、线粒体被病毒完全破坏,叶肉细胞病理性坏死;而Y48,在接种48 h时才发生叶绿体内部沉积少量颗粒,线粒体嵴消失,胞内出现降解的囊泡,接种72 h叶绿体,线粒体全部降解,细胞质凝集,叶肉细胞程序化死亡。结果表明,相对于K326,Y48可以延迟TMV病毒的侵染,并启动超敏反应,发生HR-PCD,并且Y48接种8 h后出现过氧化物酶体,可能影响细胞内ROS代谢水平,二者或许是Y48对TMV表现抗病的细胞学证据,研究结果为进一步解析Y48的抗病分子机理奠定了基础。     

烟草DGAT3基因响应冷胁迫应答的功能研究

二脂酰甘油酰基转移酶（Diacylglycerol acyltransferase,DGAT）是催化三脂酰甘油（TAG）合成途径的关键酶,在植物生长发育和逆境胁迫响应中具有重要的作用。本研究从普通烟草品种K326中克隆得到NtDGAT3基因,利用荧光定量PCR技术分析不同组织中和低温胁迫下NtDGAT3的表达规律。同时,利用CRISPR/Cas9技术制作NtDGAT3敲除植株,对其耐冷性进行了分析。结果表明,NtDGAT3在烟草根、茎、叶中均有表达,且叶部表达量最高;NtDGAT3受冷胁迫强烈诱导,说明该基因可能对冷胁迫有响应。低温处理试验结果表明,敲除突变体ntdgat3对冷敏感,突变体叶片离子渗漏率及丙二醛含量的变化幅度显著高于野生型烟草;在ntdgat3中,膜脂代谢关键基因PLDα1的表达水平显著高于野生型烟草,而PLDδ的表达水平显著低于野生型烟草。以上结果表明,NtDGAT3基因通过PLDα1和PLDδ的表达参与调节植物低温响应。     

不同抗性烟草种质对CMV侵染的细胞响应差异分析

为解析烟草对CMV的抗病细胞学机制,以抗病品种台烟8号和感病品种NC82为材料,利用透射电子显微镜对比两品种在接种CMV后发病过程中的细胞超微结构变化。结果表明：（1）接种CMV后,台烟8号发病症状多为花叶,NC82发病症状多泡斑和深绿、褪绿区域相间;（2）对比NC82轻微花叶和泡斑的超微结构发现,二者叶绿体类囊体片层都减少,但泡斑症状细胞内线粒体嵴和CMV颗粒密度都高于轻微花叶症状细胞,说明泡斑的细胞病变程度重于花叶症状;对比NC82和台烟8号的深绿和褪绿区域细胞超微结构发现,深绿区域的叶绿体形态较完整,而褪绿区域的叶绿体严重变形、类囊体片层紊乱、淀粉粒畸形或消失,说明褪绿区域叶肉细胞病变程度重于深绿区域;（3）对比所有病变叶片中过氧化物酶、自噬小体及内膜系统结构发现,台烟8号在CMV侵染后,其三者形态结构都比NC82的更规则有序。研究结果为进一步探究抗CMV烟草品种的抗性分子机制提供理论依据。     

烤烟烟碱含量的全基因组关联分析

烟碱是烟草属特有的一类生物碱,为加深对烟碱遗传调控机制的解析,充分挖掘高烟碱优异等位。本研究选取219份烤烟品种开展了RAD重测序研究,获得了384,904个高质量SNP位点的群体分型数据。同时在四川西昌和山东诸城2个试验点,于2012-2015年相同栽培管理条件下对供试品种的烟叶烟碱含量进行了表型鉴定。利用全基因组关联分析的策略,共发掘到2个与烟碱含量显著关联的SNP位点,分别位于1号染色体的69,912,063bp处和2号染色体的81,115,794bp处。基于上述SNP位点预测到2个候选基因,并将目标SNP位点转化3对可通过PCR检测的功能标记。通过以上研究,加深了烟碱遗传调控机制的解析,为高烟碱优异等位基因型的发掘和高烟碱新品种的分子标记辅助选择提供了可用的标记和基因资源。      

烤烟烟碱转运蛋白基因与烟碱积累的相关性研究

解析烟碱转运相关基因对烟碱积累的影响,可为定向改良烟碱性状提供理论指导。本研究对7份烟碱含量不同的烤烟进行水培,检测打顶前后烟碱含量、烟碱合成基因（NtPMT、NtQPT）、烟碱转运基因（NtNUP1、NtJAT1/2、NtMATE1/2）以及囊泡运输调节基因（NtGEF）的表达量变化。经相关分析、主成分分析和相关网络分析表明：（1）烟碱合成基因NtPMT、NtQPT与烟碱转运基因NtNUP1、NtMATE1/2相互促进表达;（2）根部和叶部的主效烟碱转运基因中,NtJAT1是腰叶的主要烟碱转运基因,NtNUP1、NtJAT1、NtMATE1/2在根部对烟碱转运都有贡献,且转运效率依次递减;（3）囊泡运输调节因子NtGEF也能间接影响叶部烟碱积累。因此,在对烟碱性状进行定向改良时,可考虑烟碱合成、转运以及囊泡运输调节因子对烟碱积累的贡献大小。     

烤烟主要农艺性状变异特征以及与烟碱含量的相关分析

为加快高烟碱烤烟品种的田间选育,以116份烤烟种质资源为供试材料,连续种植4年,于烟叶成熟期测定其13个农艺性状,采用因子分析、逐步回归分析、二次响应面分析等方法探讨了烤烟烟碱含量与农艺性状之间的相关性。结果表明,烤烟主要农艺性状变异丰富,变异系数达5.64%~16.96%。烟碱含量变异系数达到24.3%。简单相关分析表明,烟碱含量与节距呈极显著正相关,与茎围、叶数呈显著负相关。通过因子分析,明确了与烟碱含量相关的主要农艺性状包括烟叶长宽比因子、叶数因子、叶长因子、株高因子。采用逐步回归分析法,建立了烤烟主要农艺性状与烟碱含量之间的回归模型,经统计学检验,达到极显著水平。通过二次响应面分析,展现了腰叶长、下二棚叶长与烟碱含量之间的动态变化关系,当下二棚叶长63.7 cm,腰叶长58.7 cm,烟株的烟碱含量稳定且有极小值。烟叶长宽比较小、节距较大、叶数较少和株高较高的烤烟,烟碱含量较高,因此,在选育不同烟碱含量的烤烟品种时,应综合考虑。     

烟草黄瓜花叶病毒抗性位点发掘

烟草黄瓜花叶病毒（CMV）是烟草生产中主要病害之一,发掘其抗性位点,培育抗病品种是最有效的策略之一。本研究利用高抗CMV烤烟品种台烟8号为轮回亲本,优质感病烤烟品种NC82为供体亲本,配置BC1F1群体。在此基础上,利用组织快繁技术对200份BC1F1群体进行快繁,苗期人工接种CMV,获得稳定、可靠的表型数据。利用SSR标记构建遗传图谱,进而利用单向方差分析和完备复合区间作图法发掘CMV抗性位点。结果表明,单向方差分析法分别检测到5个与发病率性状和病情指数性状相关的标记;完备复合区间法共定位到5个QTL,其中2个与发病率性状相关,3个与病情指数性状相关。相关定位结果对开展分子育种辅助改良烟草CMV抗性具有一定意义。