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。     

烟草ABF转录因子基因的克隆与生物信息学分析

为获得烟草AREB/ABF(ABA响应元件结合蛋白/ABRE结合因子)家族转录因子基因序列,进一步提高烟草的抗渗透胁迫能力,通过同源比对和RT-PCR技术,从烟草品种红花大金元中克隆到烟草AREB/ABF家族转录因子NtABF1(GenBank登录号为KF736849),NtABF2(GenBank登录号为KF736850)基因编码序列,并进一步利用生物信息学分析软件对这两个转录因子的蛋白理化性质、高级结构和生物学功能进行了预测。结果表明:NtABF1基因开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)长999 bp,编码332个氨基酸,蛋白分子量36.45 kDa,等电点9.04;NtABF2基因ORF长1305 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量46.92kDa,等电点9.35。NtABF1和NtABF2均为含有BRLZ(Basic Region and Leucine Zipper)保守结构域的亲水蛋白,不含信号肽与跨膜结构。其高级结构均以α螺旋和无规则卷曲为主,β转角和延伸链含量较少。在亚细胞水平上,NtABF1和NtABF2均定位于细胞核。磷酸化位点分析表明,两蛋白均含有丝氨酸,苏氨酸和酪氨酸等激酶识别位点。进化分析和多序列比对结果表明,NtABF1与AtAREB3的进化关系最近,序列相似性达54.49%;NtABF2与SlAREB1,StABF1和StABF的亲缘关系较近,序列相似性分别为83.63%,83.52%和83%。功能预测结果显示,NtABF1和NtABF2均为转录调控因子。     

栽培烟草抗逆相关WRKY转录因子的表达特征分析

摘要:WRKY转录因子是一类在植物中具有重要作用的转录调控因子,参与植物的生长、发育、代谢,以及对生物或非生物胁迫应答反应。采用RT-PCR反应从栽培烟草中克隆获得三条全长WRKY家族保守序列,长度分别为677bp、672bp、629bp,定名为NtWRKY10、NtWRKY11、NtWRKY12。生物信息分析表明三个基因与已经报道的拟南芥WRKY家族基因具有较高同源性,保守结构域属于第二类WRKY转录因子。RT-PCR分析表明,SA、ABA、MeJA 等信号分子均能诱导这三个基因的上调或下调表达,表明这三个基因可能在栽培烟草抗逆反应中起作用。      

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NAC转录因子NtNAC1的基因克隆与生物信息学分析

利用烟草基因组数据和RT-PCR技术从Nicotiana tabacum L中克隆出1个新型NAC转录因子新成员——NtNAC1,并用多种生物信息学软件对其理化性质、高级结构及其生物学功能进行了分析与预测,结果表明:NtNAC1编码1个由238个氨基酸残基组成的相对分子质量为27.845 kD的NAC转录因子,推测其可能作为1种与能量代谢相关的调控酶参与植物的调节作用。      

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。      

烟草类胡萝卜素降解关键基因CCD1的克隆与表达分析

烟草类胡萝卜素是烟叶重要致香物质的前体物,利用RACE方法获得了烟草品种K326类胡萝卜素降解关键基因CCD1的2个cDNA全长序列。序列分析表明,CCD1-1与CCD1-2各包含一个1635和1647bp的开放读码框(ORF),编码544和548个氨基酸。分别与林烟草和绒毛状烟草CCD1存在一个碱基的差异。CCD1-1与CCD1-2基因序列GC含量为43.24%和42.87％。预测的蛋白质分子量均为61 kDa, 理论等电点 (pI) 6.51和6.55。与番茄和辣椒等植物的类胡萝卜素CCD1的同源性达到80％以上。跨膜区预测表明分别在138～158和142~162位氨基酸间有1个跨膜螺旋区。蛋白质二级结构分析表明,均以β折叠和无规则卷曲为主。蛋白三维结构预测分析表明CCD1-1与CCD1-2空间结构极为相似。组织表达分析表明,CCD1-1与CCD1-2在花中的表达最强,根中的表达最弱,茎和叶次之。这些结果为进一步研究类胡萝卜素降解基因的功能提供了依据。      

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。     

烟草NCED3 基因的克隆及其干旱胁迫表达分析

为揭示9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase, NCED) 在烟草生长发育过程中的功能,通过同源克隆方法获得烟草品种K326 类胡萝卜素降解关键基因NCED3 两个cDNA 全长序列。序列分析表明:K326 NCED3-1 和NCED3-2 基因分别包含一个1842bp 和1830bp 的开放读码框(ORF), 各编码613 个和609 个氨基酸。预测蛋白质分子量分别为68177.8 Da 和67754.2Da,理论等电点(pI) 各为7.66 和7.28。跨膜区预测、亲水性和信号肽分析表明很可能是定位于线粒体膜上的亲水性跨膜蛋白。二级结构预测模型显示此蛋白结构以β 折叠和无规则卷曲为主。蛋白三级结构预测分析表明NCED3-1 与NCED3-2 空间结构极为相似。PEG6000 胁迫分析表明,干旱胁迫可以诱导NCED3 基因表达以及内源ABA 的积累。且在处理12h 之前,NCED3 表达与ABA 累积速度均呈现升高趋势,之后逐渐降低。研究结果为解析NCED3 在烟草抗旱方面的功能提供一定的研究基础。      

三个烟草防御素基因的克隆及序列分析

为从烟草中克隆与植物抗病虫反应相关的防御素基因, 以辣椒防御素基因为探针, 通过电子克隆的方法从烟草栽培品种K326中克隆到3个防御素基因(NtDEF1、NtDEF2和NtDEF3), 并对其进行了序列分析。结果表明, 3个防御素cDNA序列均包含完整的开放读码框, 分别编码78、77、76个氨基酸, 具有8个半胱氨酸的高度保守结构等典型的植物防御素特征, 成熟肽含有γ-硫素蛋白功能结构域。通过同源比对和进化分析发现, NtDEF1、NtDEF2和NtDEF3的氨基酸序列与辣椒的一致性最高为50%~87%, 亲缘关系较近;但与已报道的烟草属植物防御素的一致性仅为33%~40%, 亲缘关系较远, 表明NtDEF1、NtDEF2和NtDEF3是烟草中未报道的3个防御素基因。     

普通烟草SBP转录因子家族的全基因组鉴定及其进化和表达分析

SBP转录因子家族作为植物特异性的转录因子具有重要的生物学功能,广泛参与花和果实发育等诸多生命过程。利用普通烟草(Nicotiana tabacum)TN90基因组数据,通过隐马尔科夫模型检索,SMART和Pfam分析,鉴定了普通烟草SBP转录因子家族成员;通过多序列比对鉴定并分析了普通烟草SBP结构域的结构特征;通过邻接法、极大似然法进行了系统发育分析;分别利用GSDS和MEME对SBP转录因子家族成员的基因结构和蛋白保守结构域进行了分析;利用普通烟草TN90转录组数据分析了SBP转录因子家族成员在不同组织和时期的表达情况,并对鉴定出的SBP转录因子家族成员进行了GO注释分析。结果表明,普通烟草基因组编码32个SBP转录因子家族成员,氨基酸序列长度差异较大;系统发育分析表明,所有的SBP转录因子家族成员可分为8个亚家族。转录组数据显示,SBP基因家族成员在不同组织和时期中表达迥异,但在花器官中均有较高的表达量。GO注释结果表明,该家族成员作为转录因子,在植物的生长发育、逆境响应等过程中发挥作用。本研究为烟草及其他植物中SBP转录因子家族基因的鉴定和功能研究提供了基础。     

GASA基因超家族新成员——烟草抗菌肽基因的克隆及序列分析

抗菌肽可以增强植物对病原微生物的抵抗能力,本研究利用生物信息学方法,获得了烟草品种K326的3种抗菌肽cDNA序列(NtSN1a、NtSN16和NtSN2a),并对其进行了序列分析.结果表明,3种抗茵肽cDNA序列均具有完整的开放读码框,NtSNIa和NtSNIb均编码88个氨基酸,NtSN2a编码104个氨基酸.对推导的氨基酸序列分析发现,它们都具有典型的GASA基因超家族保守结构域,属于GASA基因超家族成员.系统进化分析表明,NtSN1a和NtSN16与马铃薯抗菌肽snaking-1聚为一类,NtSN2a与马铃薯抗菌肽snaking-2聚为一类.这些结果为进一步研究抗菌肽基因的抑菌效应,比较其在烟草抗病防御反应中的作用奠定了基础.     

烟草bZIP基因家族的鉴定及其在不同成熟度烟叶中的表达分析

通过生物信息学方法,从普通烟草中共鉴定了 126个bZIP家族基因.基因结构分析表明:不同成员间外显子数目差异较大,最大达到13个,最少仅为1个.进化分析发现:126个NtbZIP基因被聚为11个亚族,同一亚族中的基因成员大多具有相似的外显子组成.bZIP结构域分析表明:家族成员的核心结构域非常保守,各成员都具有碱性区...     

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...     

烟草glu-CMS不育系细胞学和转录组分析

【背景和目的】单一胞质在烟草杂交种的大量运用导致生产用种遗传基础脆弱,为拓宽不育胞质种类,对glu-CMS的不育机制进行了探究。【方法】首先对glu-CMS不育系表型进行考察,随后对glu-CMS不育系和其保持系0.75 mm和1.5 mm的花蕾进行转录组测序分析及GO和KEGG富集分析。【结果】（1）glu-CMS不育系表现出雄蕊缺失和雄蕊发育异常等现象。（2）共鉴定出2075个差异基因,主要富集在植物信号转导、碳水化合物代谢和ROS调控通路。【结论】本研究揭示了glu-CMS不育系的表现形式以及不育系和保持系的差异表达基因,为glu-CMS的后续研究提供一定理论基础。     

烟草MADS-box家族基因保守片段的克隆与序列分析

MADS-box家族基因在植物的生长发育过程中具有重要功能。在烟草生产中出现的早花现象与MADS-box家族基因相关,为了能从烟草中克隆出与开花时间相关的基因,根据不同植物MADS-box家族基因的保守区序列,设计简并引物,采用RT-PCR技术从烟草品种NC82茎尖中成功分离出27条cDNA片段,长度在122～146 bp之间。序列分析表明,其中有16条具有MADS_MEF2类保守结构域,其推导的氨基酸序列与拟南芥等MADS-box家族基因具有同源性,相似性平均能达到76%,并具有15个保守的氨基酸位点,其中7个位点参与蛋白与DNA的相互作用,4个位点具有蛋白二聚化功能。系统发育分析结果表明,这些保守片段分别和拟南芥9个不同的MADS-box家族基因亚类最近似,其中许多亚家族与成花相关,说明NC82中存在具有调控开花的MADS-box家族基因表达,并可能与NC82低温敏感,易早花特性相关。     

烟草Mlo基因的克隆及其序列特性分析

Mlo基因家族是一类植物抗病的负调控因子,该基因的突变能产生广谱的抗病性。以GenBank公布的水稻Mlo基因序列(登录号:AK099399.1)为信息探针对烟草的EST数据库进行同源搜索,并将获得的同源性高的EST序列进行拼接,最后得到了烟草Mlo基因的cDNA序列。采用RT-PCR方法成功克隆了与预期大小一致的Mlo基因cDNA片段951 bp,该基因可编码304个氨基酸。采用生物信息学方法预测分析了该基因编码蛋白的一、二级结构,并对其功能进行了预测。结果表明,该烟草Mlo基因编码蛋白包含有一个保守的Tmemb_40结构域,可能是一种类似于植物G蛋白偶联受体的膜结合转运蛋白。     

烟草钾离子通道基因NKT5的克隆和序列分析

本研究运用已经获得的1条490bp的普通烟草钾离子(K~+)通道基因的中间片段来设计特异性引物,应用RACE方法获得其3'和5'末端cDNA序列。通过三段cDNA序列拼接结合全长克隆测序验证,获得一个未报道的普通烟草K~+通道基因,并将其命名为NKT5(NCBI登录号为HM010922)。NKT5的cDNA全长为2365bp,其中5'端非编码区190bp、3'端非编码区249bp、编码区1926bp,编码641AA。对该基因进行了序列分析及功能预测,为进一步阐明其在烟草吸钾及抗逆过程中的功能及分子机制奠定了基础。