烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶小亚基基因的克隆及组织表达谱

为揭示牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(GGPPS)小亚基在烟草(Nicotiana tabacum)中的生理功能,采用电子克隆的方法,结合RT-PCR和SMART RACE技术,从烟草中克隆到1个牛儿基牛儿基焦磷酸合成酶小亚基基因的cDNA序列,命名为NtGGPPS5(GenBank登陆号:KF316932)。该基因全长1320 bp,编码332个氨基酸,与番茄(Solanum lycopersicum,XP_004246572)及其野生种(Solanum pennellii,ADZ24721)的GGPPS小亚基的氨基酸序列一致性均为92%,具有一个特征性的异戊二烯合成酶保守的天门冬氨酸富集区。进化分析表明,植物GGPPS分为大亚基和小亚基两个分支,而且NtGGPPS5属于小亚基。实时荧光定量PCR试验表明,NtGGPPS5基因在烟草根、茎、叶和芽中均有表达,表达量为芽叶茎根。     

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因家族的全基因组鉴定

为了揭示烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS)基因家族的特征和功能,利用生物信息学方法对烟草GGPPS家族进行了全基因组查找、鉴定及相关分析。在普通烟草中共鉴定出9个成员(大亚基7个、小亚基2个),林烟草、绒毛状烟草中分别鉴定出5个成员(大亚基4个、小亚基1个)。GGPPS的开放阅读框长度为999~1 119 bp,编码332~372个氨基酸,蛋白质分子量为36.2~40.7 kD,等电点为5.41~8.32。大亚基和小亚基基因分别含有1个和2个外显子;大亚基与小亚基均具有DD(XX)_1-2D和CXXXC保守性基序,但存在一定的差异。在进化过程中,烟草GGPPS家族可能发生了串联重复复制和片断复制;普通烟草GGPPS家族可能发生了基因丢失,NtabGGPPS1-1和NtabGGPPS1-2较其他成员进化速率快,同时可能受到了净化选择。      

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因NtGGPPS1的克隆和功能分析

为进一步明确烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因NtGGPPS1的功能,根据已公布的普通烟草(Nicotiana tabacum)GGPPS1基因编码区序列设计特异性引物,从普通烟草K326中克隆到NtGGPPS1基因。构建荧光表达载体PFF19-Nt GGPPS1-GFP,对NtGGPPS1基因进行亚细胞定位研究。通过荧光定量PCR分析了普通烟草K326在不同激素处理下NtGGPPS1基因的表达量变化。构建NtGGPPS1基因的RNAi载体pHellsgate2-Nt GGPPS1,通过农杆菌浸染烟草K326后获得NtGGPPS1基因显著下调的烟株,检测了烟株中质体色素含量的变化情况。结果表明:Nt GGPPS1融合蛋白基因的绿色荧光分布在烟草BY-2细胞的质体上,表明该基因定位于质体。用茉莉酸甲酯(MeJA)处理烟草后,NtGGPPS1基因的表达量显著升高,而用生长素(IAA)处理后,该基因的表达量下降。与对照相比,在NtGGPPS1基因下调的烟株中其质体色素含量均显著降低,预示NtGGPPS1参与了烟草β-胡萝卜素的生物合成。     

烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因的克隆及分析

采用RACE技术,从烟叶中克隆了一个新的编码GGPPS蛋白的基因,命名为Ntggpps3,并对其进行了生物信息学分析。Ntggpps3的cDNA序列为1251 bp,包含一个长度为1092 bp的开放阅读框,编码363个氨基酸。NtGGPPS3蛋白与其他植物GGPPSs高度保守。生物信息学预测结果表明,NtGGPPS3的分子量为39.5 kD,等电点为6.28,为亲水性蛋白,N端有叶绿体信号肽。二级结构主要由螺旋和无规则卷曲组成,三级结构含有两个富含天冬氨酸的区域,并通过同源建模构建了NtGGPPS3的3D模型。进化分析表明,植物的GGPPS分为大亚基和小亚基两个分支,而且NtGGPPS3属于大亚基。     

烟草ζ-胡萝卜素脱氢酶基因的克隆和功能分析

为揭示烟草ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)基因的功能,采用同源克隆的方法从普通烟草(Nicotiana tabacum)中克隆了NtZDS基因,并进行了遗传进化分析。同时通过荧光定量PCR技术分析NtZDS的时空表达模式、利用烟草脆裂病毒诱导的基因沉默(VIGS)体系抑制本氏烟草中ZDS基因的表达,在该基因沉默后再通过定量PCR技术分析NtZDS上下游基因的表达量变化,并检测了烟株色素含量的变化。结果显示:NtZDS基因在普通烟草中至少存在两个同源拷贝,其编码序列与番茄、马铃薯的ZDS基因相似度高于90%。NtZDS在烟草盛花期的叶和花中表达量最高。与对照比较,该基因沉默后,烟株新生叶片出现严重白化现象,能够为VIGS体系提供一个良好的候选报告基因;同时类胡萝卜素合成通路其他基因的表达量和烟株类胡萝卜素、叶绿素含量都显著降低,表明ZDS基因在烟草生长发育及类胡萝卜素合成过程中发挥着重要作用。      

烟草NtGGPPS4基因的克隆和功能初步分析

为明确烟草牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因Nt GGPPS4的功能,从普通烟草中克隆到该基因,构建了超量表达载体p CAMBIA1300-Nt GGPPS4,并通过农杆菌介导法转化烟草。进一步测定了转基因烟株中西柏烷二萜醇和质体色素的含量。结果表明:共鉴定出4株Nt GGPPS4表达量明显升高的转基因植株,且转基因植株中α-西柏三烯二醇(α-cembrenediol,α-CBD)和β-西柏三烯二醇(β-cembrenediol,β-CBD),以及新黄质、紫黄质、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b和β-胡萝卜素等6种质体色素含量都有显著提高。表明Nt GGPPS4参与了烟草西柏烷二萜醇和类胡萝卜素的生物合成。     

烟草β-胡萝卜素羟化酶基因的转录表达模式及功能分析

为了明确烟草β-胡萝卜素羟化酶(β-carotene hydroxylase,β-OHase)基因的转录表达模式和功能,进而调控烟草类胡萝卜素的代谢,通过Real-time PCR分析了普通烟草(Nicotiana tabacum)品种红花大金元盛花期的β-OHase基因在不同器官中的表达量。利用烟草脆裂病毒诱导的基因沉默(VIGS)体系抑制本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中β-OHase基因的表达,在该基因成功沉默后,通过Real-time PCR检测其下游基因表达量,同时检测烟草中β-胡萝卜素、紫黄质和新黄质含量(质量分数)。结果显示,β-OHase基因在叶片中的表达量明显高于其他器官(P0.05)。与对照相比,在该基因沉默后,下游的紫黄质脱环氧化酶基因(VDE)和玉米黄质环氧化酶基因(ZE)的表达量明显降低,同时β-胡萝卜素含量显著升高,而紫黄质和新黄质含量则显著降低(P0.05)。     

类受体蛋白激酶NtFERL对烟草质体色素含量的影响

为明确烟草NtFERL(FER-like gene)的生物学功能,同源克隆NtFERL基因并进行序列分析,同时采用病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silence, VIGS)方法在本氏烟草中对该基因进行功能分析。结果表明:NtFERL基因位于烟草第7号染色体上,无内含子,编码序列长2 670 bp,编码889个氨基酸。NtFERL与拟南芥FERONIA基因同源性较高,在核苷酸和氨基酸水平上的一致性分别为68.8%和71.1%。沉默NtFERL后,烟草叶色泛黄。质体色素含量分析显示,除新黄质外,叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素、叶黄素均显著降低,表明NtFERL可能对烟草色素含量起着正调控的作用。     

烟草类胡萝卜素异构酶基因的克隆及功能研究

为了进一步研究烟草类胡萝卜素异构酶（Carotenoid isomerase,CRTISO）基因的功能,从普通烟草（Nicotiana tabacum）的cDNA中成功克隆出CRTISO基因编码区（CDS）全长,长度为1716 bp,Blast结果显示与马铃薯（Solanum tuberosum）、番茄（Solanum lycopersicum）的前番茄红素异构酶（Prolycopene isomerase）基因的相似度达93%。将CRTISO基因的部分序列插入烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus,TRV）载体中,构建重组载体pTRV2-CRTISO。通过TRV病毒诱导的基因沉默（Virus induced gene silencing,VIGS）系统抑制本氏烟草（Nicotiana benthamiana）CRTISO基因的表达,同时利用实时荧光定量PCR（Real-time PCR）检测CRTISO下游基因的表达量变化。结果表明,与对照组相比,TRV-CRTISO载体侵染的烟草叶片出现黄色斑点;CRTISO基因的沉默导致下游番茄红素ε环化酶（ε-LCY）、番茄红素β环化酶（β-LCY）和胡萝卜素β-环羟化酶（β-OHase）基因表达量降低。对烟草CRTISO基因功能的研究有助于揭示烟草中类胡萝卜素合成代谢途径的调节机制,为选育优质烟草品种奠定理论基础。      

烟草法呢基焦磷酸合酶基因的克隆及序列分析

采用逆转录—聚合酶链式反应(RT-PCR)方法,以烟草品种K326叶片总RNA为模板扩增出烟草法呢基焦磷酸合酶基因fps,克隆至载体PMD19-T中。序列分析表明,所克隆的cDNA序列全长702 bp,共编码234个氨基酸残基,其核酸序列与玉米、杜仲、拟南芥、青蒿、Nicotiana sanderae×Nicotiana langa-dorffii杂交种的法呢基焦磷酸合酶基因的核酸序列同源性分别为74%,76%,77%,80%和97%。     

烟草NtGCN2启动子的克隆及功能研究

[目的]探究烟草蛋白激酶NtGCN2启动子驱动GUS基因在ABA、SA、AZA和MeJA四种处理下的表达模式.[方法]克隆烟草NtGCN2上游2000bp的启动子序列,并采用Plant CARE和PLACE数据库进行顺式作用元件预测.构建NtGCN2启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的融合表达载体并转化烟草K32...     

普通烟草茄尼基焦磷酸合酶基因NtSPS的克隆和表达分析

为揭示烟草茄尼基焦磷酸合酶（Nicotiana tabacum solanesyl diphosphate synthase, NtSPS）在烟草茄尼醇生物合成中的作用,分离了烟草品种红花大金元茄尼醇生物合成关键基因NtSPS1和NtSPS2,并对其进行了序列比对、进化分析和亚细胞定位分析,研究了其在烟草植株不同器官的表达水平以及烟草植株不同器官的茄尼醇、叶绿素含量与NtSPS表达水平的相关性。结果表明,NtSPS1和NtSPS2开放读码框（ORF）大小分别为1209、1206 bp,分别编码402、401个氨基酸;NtSPS1和NtSPS2均存在2个保守的DDxxD结构域,这与NtSPS功能发挥相关;NtSPS1、NtSPS2与番茄SPS同源性较高,这与烟草、番茄均为茄科作物有关;NtSPS1、NtSPS2均定位于叶绿体中;烟草植株不同器官NtSPS1和NtSPS2表达水平排序为：叶 > 茎 > 根,这与茄尼醇、叶绿素在烟草植株中的分布规律一致。本研究可为NtSPS调控烟草茄尼醇生物合成机制的深入研究奠定基础。     

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。     

不同光环境中氮素对烤烟质体色素降解产物及品质的影响

以烤烟品种豫烟5号为材料,采用4种光照强(L0:950-1125 μmol m–2 s–1,L1:770-900 μmol m–2 s–1,L2:610-720 μmol m–2 s–1,L3:475-565 μmol m–2 s–1)度和3种氮素水平(N1:1.5 g pot–1,N2:3.5 g pot–1,N3:5.5 g pot–1)的复因子盆栽试验,分析了不同光氮水平对烤烟质体色素降解产物、有机酸及碳氮代谢产物的调控效应。结果表明:随光强降低和氮素水平升高,质体色素(chla、chlb、chla+b、car)和新植二烯含量升高,两者存在显著正相关性;类胡萝卜素降解产物含量在适度弱光(L2)下最高,自然光强下中、低氮处理有利于其形成和积累,弱光条件下高氮处理含量较高;随光强减弱,多元羧酸总量升高,不饱和脂肪酸总量降低;遮阴条件下增施氮肥促使有机酸含量增加,饱和脂肪酸含量在高氮水平下最高;随施氮量增加及光强减弱含氮化合物含量上升,碳水化合物含量下降,烟株氮代谢强于碳代谢。叶绿素降解产物与碳水化合物间的正相关性最显著,类胡萝卜素降解产物与含氮化合物间存在显著指数正相关关系。弱光环境中通过控制氮素用量调控质体色素含量是提高烟叶品质和香气质量的有效途径。      

烟草NtMAPK基因克隆及激素诱导条件下的表达分析

促分裂素原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)是植物体防御反应信号物质中的关键组分和植物应答逆境胁迫的重要信号分子。为了探索MAPK基因同源体在烟草中的功能,采用RT-PCR技术从烟草中克隆出了一个MAPK同源序列,命名为NtMAPK。经氨基酸序列比对分析鉴定为栽培烟草MAPK家族的成员。系统发育分析显示,NtMAPK与水稻的OsMPK2/OsMPK62进化关系最近,表明NtMAPK可能具有与OsMPK62相似的功能,与植物体的抗病性相关。采用植物体防御反应相关的信号物质诱导,半定量分析结果显示在脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(Me JA)和水杨酸(SA)诱导条件下该基因表达上调。      

不同品种烤烟衰老期碳氮代谢及相关基因表达的差异分析

  目的  研究不同品种烤烟叶片衰老期碳氮代谢及相关基因表达的差异及关系。  方法  以田间成熟落黄表现不同的4个烤烟品种中部叶为材料,分析叶片成熟衰老过程中质体色素、碳氮代谢中间产物含量的变化,检测了相关基因的表达量。  结果  ① 豫烟10号叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量较低,并随着叶龄的增加降低的幅度最大,CCD表达量较高,NC89的降低的幅度较小,含量较高,CCD表达量较低。②叶片淀粉含量在叶龄50~60 d时达到峰值后开始下降,从峰值到叶龄70 d,降幅较大的豫烟10号（38.65%）,淀粉合成相关基因GBSS1和SBE的表达量相应较低,总糖和还原糖含量从峰值至叶龄70 d也表现较大的降幅。③ NC89的淀粉、总糖、还原糖和总碳含量均相对较高,云烟87和K326的碳代谢指标则居豫烟10号和NC89之间。④豫烟10号叶片成熟衰老过程中总氮、碳氮比、烟碱含量显著低于NC89,这与豫烟10号氮素转移相关的GS1-3基因表达量在叶龄40 d之后显著高于NC89,参与氮同化相关的GS2、GDH1和NR基因表达量相对较低的特征一致。  结论  叶片衰老速度快的品种具有淀粉合成代谢弱,淀粉含量较低,氮素同化代谢较弱而再利用和再转移代谢能力较强,总氮、碳氮比较低的碳氮代谢特征。