普通烟草NAC转录因子家族抗逆基因筛选与表达分析

[背景和目的]NAC(NAM/ATAF/CUS2)家族是植物特有且最大的转录因子家族之一,广泛参与植物的生长发育调控和逆境胁迫应答.为筛选烟草抗逆NAC目标基因.[方法]以公开的普通烟草品种K326的注释蛋白序列为参考,与拟南芥NAC蛋白序列同源比对,结合功能域分析,进行普通烟草的NAC转录因子鉴定,并利用生物信息学软...     

普通烟草NtNAC055基因的克隆、鉴定及表达分析

NAC家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育以及应对环境胁迫中起着至关重要的作用,克隆和验证烟草中NAC相关基因可为烟草抗性育种提供理论依据。本研究采用RT-PCR方法从普通烟草K326根部cDNA中克隆到NtNAC055基因,对NtNAC055及其编码蛋白进行了生物信息学分析、表达模式分析、亚细胞定位和转录激活等相关试验。结果发现,NtNAC055基因的CDS序列全长为1032 bp,NtNAC055蛋白具有典型的NAC结构域,编码一个具有343个氨基酸的NAC转录因子;通过进化分析发现,烟草NtNAC055与拟南芥ANAC055同源性较高,同属于RD26亚家族;通过亚细胞定位分析以及转录激活分析发现,NtNAC055蛋白在细胞核中且具有转录激活活性;运用qRT-PCR技术,对该基因不同组织和胁迫处理后的表达进行了分析,结果显示,NtNAC055基因在根、茎、叶、花和腋芽中均有表达,且在根部表达量最高;同时,该基因受干旱和热胁迫的诱导,表明烟草NtNAC055基因可能参与了烟草的非生物胁迫应答反应。     

普通烟草SWEET基因家族的鉴定与表达分析

  目的  为挖掘参与烟草糖代谢的SWEET（sugar will eventually be exported transported）基因家族成员。  方法  以拟南芥SWEET蛋白为参考,利用生物信息学方法,对栽培烟草的SWEET蛋白家族进行鉴定,分析蛋白理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构和顺式作用元件,对其在不同组织和不同胁迫处理的表达模式进行检测。  结果  从普通烟草中鉴定到70个可能的SWEET基因,系统发育树将其划分为4个亚家族,大多数烟草SWEET基因在进化过程中经历纯化选择。不同烟草组织的表达模式分析显示,一些烟草SWEET基因具有组织表达特异性。不同胁迫处理的表达模式分析显示,部分烟草SWEET基因在葡萄糖、蔗糖、低温、干旱或者是盐胁迫处理下表达量变化明显。  结论  Ntab0097340和Ntab0727890是烟草植株重要的响应干旱与低温胁迫的基因,本研究为深入研究烟草SWEET基因功能提供有价值的参考信息。      

烟草OSCA基因家族鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

高渗门控钙渗透通道(OSCA,hyperosmolal-gatedcalcium-permeable channel)是一种Ca²⁺非选择性阳离子通道,OSCA家族含有钙依赖性通道DUF221结构域。为了进一步了解烟草OSCA基因家族特征和功能,本研究从栽培烟草K326基因组中鉴定到23个OSCA家族基因,并对NtOSCA家族系统进化关系、基因结构与蛋白结构域、启动子、不同组织器官及干旱和盐胁迫下表达模式进行分析。根据进化关系,NtOSCA基因家族被分为4个亚家族,并且同一亚家族成员间蛋白及基因结构相似。启动子分析结果表明,NtOSCA家族基因启动子中存在着多种不同的胁迫响应元件,其中干旱响应元件和脱落酸响应元件较多。进一步组织表达分析结果表明,NtOSCA基因家族成员在不同组织的表达量不同。干旱和盐胁迫表达模式分析表明,20个NtOSCA基因在干旱胁迫下表达量上调,15个NtOSCA基因在盐胁迫下表达量上调。这说明OSCA基因家族在烟草抗旱和抗盐胁迫中具有重要作用。     

普通烟草NtWRKY53基因克隆、鉴定及表达分析

WRKY转录因子家族是一类植物特有的转录因子家族,其成员WRKY53在生物及非生物胁迫和叶片衰老过程中发挥着重要的调控作用.为明确WRKY在烟草中的相关功能,克隆了普通烟草NtWRKY53基因.结构域分析表明,NtWRKY53基因编码典型的WRKY转录因子并具有高度保守且典型的WRKY结构域;进化和共线性分析发现,所鉴...     

普通烟草NtNAC042基因克隆、鉴定及功能分析

  背景和目的  NAC转录因子是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育、生物/非生物胁迫中发挥着十分重要的调控作用,在普通烟草中克隆NtNAC042基因。  方法  进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活试验和表达模式分析,以及基因功能分析。  结果  （1）生物信息学分析表明,NtNAC042基因编码蛋白具有高度保守的NAC结构域;（2）亚细胞定位和转录激活试验结果表明,NtNAC042定位于细胞核中,具有转录激活活性;（3）表达模式分析表明,NtNAC042基因在根和衰老叶片中表达量较高且受干旱胁迫、盐胁迫、H₂O₂处理诱导;（4）NtNAC042过表达烟草植株抗盐性显著提高。  结论  NtNAC042作为NAC型转录因子,在烟草衰老落黄及生物和非生物逆境应答中发挥着重要的调控作用。      

烟草NtSnRK2.1基因的克隆及其在非生物胁迫

植物SnRK2基因家族(蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族2, Sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 2)在糖代谢和抗逆信息传递途径中发挥重要作用。本研究从普通烟草腺毛cDNA文库中筛查烟草SnRK2基因的EST序列,以此序列为信息探针,通过电子克隆和RT-PCR的方法从烟草中克隆到一个包含1017 bp开放阅读框、编码338个氨基酸的cDNA序列,命名为NtSnRK2.1。生物信息学分析表明,NtSnRK2.1蛋白同时具有磷酸化丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸的活性。氨基酸序列比对发现,NtSnRK2.1与拟南芥、水稻和小麦等植物中受逆境胁迫诱导表达的直系同源基因高度同源。组织表达分析结果显示,烟草NtSnRK2.1基因的组织表达差异较大,在根部的表达量最高,其次是叶片,茎部的表达量最低。胁迫处理下的基因表达分析结果表明,NtSnRK2.1受高盐、高渗、低温胁迫和ABA处理诱导表达,对各胁迫条件的应答模式不同,其对各胁迫条件的敏感度为:高渗＞高盐＞低温＞ABA。      

烟草NtbHLH112基因的克隆、鉴定及表达模式分析

bHLH转录因子在植物响应逆境胁迫过程中起着极为重要的调控作用,克隆和验证烟草中bHLH相关基因可为烟草抗性育种提供理论依据。本研究从普通烟草品种K326中克隆出一个NtbHLH112基因,通过生物信息学方法分析了NtbHLH112功能结构域,利用亚细胞定位及转录激活试验进行了功能鉴定,并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析了其在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,NtbHLH112具有典型的bHLH结构域且进化较为保守,定位在细胞核,具有转录激活的活性。进化分析表明,NtbHLH112与番茄SlbHLH112和辣椒CabHLH112同源。表达模式分析表明,NtbHLH112基因具有组织表达特异性,在叶部表达量较高,并且受到盐、干旱、冷胁迫及ABA处理诱导。因此,NtbHLH112转录因子可能在烟草非生物胁迫应答过程中发挥重要作用。     

普通烟草GATA转录因子家族鉴定及基因表达分析

GATA转录因子在调控植物的生长发育和逆境胁迫应答等过程中具有重要作用。为了明确烟草中GATA基因的结构与功能,基于同源搜索和结构域鉴定的方法从普通烟草基因组中鉴定出57个GATA基因家族成员,分别命名为NtGATA1~NtGATA57。基因结构、保守结构域和系统进化的生物信息学分析表明:烟草GATA基因家族成员可分为4个亚族,且同一亚族成员核心结构域氨基酸序列组成非常保守,各基因成员的外显子数目在1~17之间。转录组数据分析表明:大多数NtGATA基因在烟叶衰老的不同时期均有表达,而且不同家族成员的表达模式存在差异;实时荧光定量PCR分析发现:10个NtGATA基因对冷、盐和干旱等非生物胁迫存在不同程度的响应。说明烟草GATA基因家族成员在烟叶成熟衰老及逆境响应过程中可能发挥了重要作用。      

普通烟草Dof转录因子家族的全基因组鉴定及分析

Dof(DNA binding with one finger)蛋白是植物特有的一类转录因子,在植物的多种生命进程中发挥着重要作用。为解析烟草中Dof家族成员在生长发育过程中的潜在作用,本研究利用比较基因组学、进化分析、共线性分析等方法解析烟草中的Dof家族成员的潜在生物学功能。结果表明,在烟草基因组中共鉴定到69个Dof转录因子,其Dof功能域在进化上十分保守,根据系统进化分析结果将其划分为9个亚家族。共线性分析表明,烟草中的16个Dof基因与拟南芥17个Dof基因有27个共线性基因对,同时,25个Nt Dof基因被检测到存在17个全基因组复制对,表明复制事件在烟草Dof基因家族的扩张中起关键作用。此外,表达模式分析表明Nt Dof基因的表达存在明显的组织特异性,其中NtDof05和NtDof28基因可能与根系生长发育有关。本研究对烟草基因组中的Dof转录因子进行了系统的鉴定和分析,为烟草Dof转录因子家族成员的功能研究奠定了基础。     

烟草TPP基因家族鉴定及表达模式分析

海藻糖-6-磷酸磷酸酶（TPP）是植物海藻糖代谢过程的关键酶,在植物的生长发育及非生物胁迫响应过程中发挥着重要的作用。为挖掘参与烟草发育及抗逆胁迫的TPP基因家族成员,本研究通过生物信息学的方法,在普通烟草基因组中共鉴定出了15个TPP基因,其中7个TPP基因定位在染色体上。系统进化分析发现,新鉴定的烟草TPP成员可分为3个亚家族,分别为CLASS Ⅰ、CLASS Ⅱ和CLASS Ⅲ。共线性分析表明,有5个烟草Nt TPP基因分别与7个拟南芥AtTPP基因形成同源基因对。启动子分析发现,NtTPP成员的启动子上存在多种激素和非生物胁迫响应元件。表达模式分析发现,NtTPP基因表达具有一定的组织特异性,大部分NtTPP基因在根中的表达量最高,有12个NtTPP基因在干旱胁迫下表达量上调,13个NtTPP基因能够被盐胁迫显著诱导表达。这说明NtTPP基因家族成员在烟草非生物胁迫应答中发挥着重要作用。     

烟草NtbZIP038的克隆、鉴定及表达模式分析

碱性亮氨酸拉链（bZIP）转录因子是植物中数量最多、最具有多样性的基因家族之一,对植物生长发育及胁迫响应具有重要作用。为探究烟草中bZIP转录因子的生物学功能,本研究在烟草K326中克隆得到一个bZIP转录因子基因NtbZIP038,并对其保守结构域进行分析,利用qRT-PCR技术检测了该基因的表达模式,进一步结合亚细胞定位及转录激活试验对其功能进行了初步鉴定。结果表明,NtbZIP038含有典型的bZIP结构域,亚细胞定位于细胞核中并具有转录激活活性。表达模式分析表明,NtbZIP038在根中表达量最高（p<0.001）,并在盐、干旱、冷、热、脱落酸（ABA）等非生物胁迫下都有明显的表达量变化,在ABA处理下尤其明显（p<0.001）。因此,作为bZIP家族中的一员,NtbZIP038转录因子可能在烟草根系发育、ABA响应与非生物胁迫中扮演着重要的角色。     

普通烟草脂氧合酶基因家族鉴定及表达模式分析

脂氧合酶（LOX）是脂肪酸代谢途径的关键酶,在植物的生长发育及多种逆境胁迫响应过程中发挥重要作用。本研究对烟草基因组中的LOX家族成员进行鉴定,并利用进化分析、共线性分析和表达分析等方法解析LOX家族成员的潜在生物学功能。结果表明,在普通烟草中共鉴定得到18个LOX基因,其中12个LOX基因被锚定在染色体上。系统进化分析表明,普通烟草中新鉴定的LOX家族成员被分为9-LOX和13-LOX两个亚家族,其中13-LOX又可被分为Type I和Type II两个亚类。共线性分析表明,烟草NtLOX07、NtLOX10基因分别与拟南芥AtLOX05、AtLOX01基因形成同源基因对,并且大部分同源基因之间具有相似的表达模式。表达模式分析发现,普通烟草LOX基因表达具有一定的组织特异性,并且NtLOX06等基因能够被机械损伤和茉莉酸甲脂（MeJA）处理显著诱导。因此,普通烟草LOX家族成员可能在植物胁迫响应过程中发挥着重要的作用。     

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。      

普通烟草ERF转录因子亚家族成员鉴定及表达模式分析

乙烯结合响应因子(Ethylene-responsive element binding factors,ERF)家族广泛参与植物的生长发育、逆境调节及激素信号应答等过程。利用生物信息方法,鉴定普通烟草基因组ERF转录因子亚家族成员,并对该亚家族成员的染色体定位、理化性质、系统发生、保守结构域、亚细胞定位和组织表达模式进行分析。结果显示,目前在普通烟草中得到121个ERF基因,在烟草24条染色体分布位置具有不均匀性。通过构建进化树,根据拟南芥ERF亚家族的分类方式将烟草ERF亚家族分为6组,同一分组成员的理化性质及保守域呈现高度一致性。亚细胞定位分析结果显示,绝大部分成员定位在细胞核,少数定位在线粒体和叶绿体上。组织表达模式分析结果显示,烟草ERF基因在幼根、成熟根、离体叶和茎中表达量较高,不同分组成员之间表达存在差异。     

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ALMT基因家族的鉴定与表达分析

为了挖掘可能参与烟草氯离子吸收转运的铝激活苹果酸转运蛋白(Al-activated malate transporter,ALMT)基因家族成员,利用生物信息学方法,系统地分析了烟草ALMT基因家族成员的蛋白理化性质、染色体定位、系统进化、基因结构和保守结构域等;利用qPCR的方法分析了烟草ALMT基因在不同组织中的表达情况,以及在盐(NaCl)处理下的表达特征。结果表明:普通栽培烟草基因组中鉴定出30个可能的ALMT家族基因,根据系统发育树可将其划分为五个亚组;NtALMT基因的基因结构和motif分布与其他物种一致,具有高度保守的WEP motif;组织表达特异性分析结果发现大多数NtALMT基因在茎中表达较高,只有NtALMT28在叶中表达量最高;氯盐处理下,茎中NtALMT10表达量升高8倍以上,叶中NtALMT19表达量升高25倍以上,暗示了这些基因可能与烟草氯离子吸收转运相关。     

普通烟草PPO基因家族的鉴定与表达分析

为探明烟草多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)基因家族的生物学功能,对普通烟草PPO基因家族进行了鉴定和分析。结果表明,普通烟草有10个Nt PPOs基因,基因结构简单,蛋白结构高度保守。7个Nt PPOs基因分别定位在第3、4、5和20号染色体上,另外3个Nt PPOs基因无具体定位信息。Nt PPOs蛋白与番茄、马铃薯的亲缘关系较近。q RT-PCR结果表明,8个Nt PPOs基因在幼蕾、花瓣和蒴果中高量表达,在根、茎、叶中表达量较低;Nt PPO7与Nt PPO8在根中表达量较高,表明Nt PPOs在进化过程中出现了功能分化。     

普通烟草NtNAC072基因的克隆、鉴定及表达模式分析

NAC转录因子是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育、衰老及生物或非生物胁迫中发挥着重要的调控作用。为明确烟草转录因子NtNAC072的生物学功能,在普通烟草中克隆了NtNAC072基因,利用生物信息学分析结合亚细胞定位和转录激活实验对该基因功能进行初步鉴定,并通过实时荧光定量PCR方法研究基因的表达模式。结果表明,NtNAC072转录因子N端有典型的NAC结构域并且较为保守;进化分析表明,普通烟草中NtNAC072与拟南芥AtNAC072同源;亚细胞定位和转录激活实验结果表明,NtNAC072定位于细胞核中并具有转录激活活性;表达模式分析发现,NtNAC072基因表达具有特异性,其在衰老叶片中表达量较高并且受干旱胁迫、盐胁迫、脱落酸处理诱导。因此,作为NAC型转录因子NtNAC072可能在烟草叶片衰老、落黄以及非生物逆境应答中发挥着重要的调控作用。