高分泌型无赖百当烟草8306突变材料的创制与分析

8306是具有晾晒烟风格的烤烟育种材料.在前期试验中创制了NtCPS2基因突变株系8306-1,抑制了晾晒烟风格代表性物质赖百当二萜的合成.为进一步提高8306-1株系中西柏烷二萜和蔗糖酯含量(质量分数),采用基因编辑技术对8306-1株系的NtCycB2基因进行敲除,获得了纯合突变株系8306-2.与8306、830...     

多腺毛烟草K326品种基因编辑材料的创制与分析

烟草腺毛与烟株抗性和烟叶品质密切相关。为了定向改良烟草腺毛密度、创制多腺毛烟草材料,以烟草品种K326为材料,利用CRISPR-Cas9技术对腺毛发生负向调控基因NtCycB2进行敲除,创制了多腺毛K326定向改良材料HK326(Hairy K326),并分析了NtCycB2基因敲除对烤烟农艺性状和化学成分的影响。结果表明:NtCycB2基因敲除后烟株发育正常,生长旺盛,农艺性状与对照相比无明显变化;烟草叶面腺毛密度显著提高,分泌型腺毛发育完善,物质合成和分泌旺盛,西柏烷二萜化合物含量显著提高;烤后烟叶中性香气成分总量增加,其中,茄酮及新植二烯类成分增幅最为明显。因此,NtCycB2基因的敲除,不仅能够提高烟草的腺毛密度,而且对烟株生长发育和重要香气物质的积累也有促进作用,在烟草品种改良中具有较大的应用潜力。     

烟草赖百当二萜代谢调控机制研究进展

赖百当二萜是香料烟和部分雪茄烟品种叶面分泌物中的重要组成成分,其降解产物具有强烈的龙涎香香气,对改善卷烟的香气和吸味具有重要作用。本文综述了烟草赖百当二萜的合成与代谢途径及其调控机制研究进展,并对通过现代分子生物学手段培育含有赖百当二萜的特色烤烟品种及香料物质生产等领域的应用潜力进行了展望。      

不同品种（系）烤烟西柏三烯二醇代谢差异及其对香气品质的影响

摘要:研究了不同烤烟品种（系）叶面分泌物组分以及主要成分西柏三烯二醇的代谢差异,并对烟叶感官质量进行了评价,以期初步阐明烟草西柏三烯二醇代谢机理并为寻找和选育烟草中具有特异香气的种质资源提供有效的研究方法。本研究采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分别测定了8306、12451、云烟87、Y892×8306、豫烟11号、NX232和中烟100,7个烤烟品种（系）中部叶龄60d叶面分泌物组分,并对其中差异较大的8306、12451和云烟87的西柏三烯二醇合成关键酶基因CYC-1和CYP71D16进行了荧光定量PCR测定,对成熟期叶面分泌物的变化、调制后烟叶茄酮含量和感官质量进行了分析评价。结果表明,7个烤烟品种（系）中部叶叶龄60d时烟叶的叶面分泌物中,共测定出13种非挥发性化合物,主要成分为西柏三烯二醇,材料间含量存在差异;8306具有最高的叶面分泌物和西柏三烯二醇含量,豫烟11号次之,12451最低;CYC-1和CYP71D16在8306中的相对表达量显著高于12451和云烟87,说明这两个基因的上调表达促进了西柏三烯二醇的合成。成熟期具有较大西柏三烯二醇降解量的8306和豫烟11号在调制后拥有更高的茄酮含量;与云烟87相比,豫烟11号获得了较高的感官评吸分数和工业评价。      

典型烤烟品种腺毛形态及分泌特性比较分析

为探讨烤烟叶面化学特征及其形成机制,本文以K326、红花大金元、中烟100、翠碧1号、豫烟11等代表性烤烟品种为试验材料,采用超景深显微技术、GC-MS分析检测技术和荧光定量PCR技术,对叶面腺毛形态、叶面化学成分以及腺毛分泌物合成关键基因表达进行了比较分析。结果发现:（1）烤烟腺毛由长柄分泌型腺毛、短柄分泌型腺毛和非分泌保护毛等不同类型组成,翠碧1号和豫烟11中分泌型腺毛含量较高,而中烟100中非分泌型腺毛相对丰富。（2）西柏烷类化合物是烤烟叶面的主要化学成分,以K326中的含量为最高;赖百当类化合物在烤烟中含量极少,但豫烟11中顺冷杉醇和赖百当二醇含量较高。（3）西柏烷类合成酶关键基因CYC和CYP71D16在K326中表达活跃,赖百当合成酶关键基因CPS2在豫烟11中的表达量明显高于其它品种。不同烤烟品种之间叶面腺毛形态、基因表达及分泌物含量所存在的明显差异,可能与品种特色密切相关。      

外源MeJA诱导烟草叶面防御反应

以中烟100为材料,研究了茉莉酸甲酯(MeJA)喷施后,烟草叶面腺毛密度类型、腺毛分泌物合成积累及叶片对蚜虫抗性的变化规律,探讨了烟草叶面腺毛的防御反应模式和作用机制。结果表明,MeJA处理后,烟草叶片对蚜虫的驱避作用明显增强,新生叶片叶面腺毛密度增加,尤其是长柄多细胞腺头腺毛密度的变化达到显著水平。GC/MS分析表明,MeJA处理使叶面分泌物含量增加,并在处理后第7天达到最大值。其中,西柏烷类二萜化合物含量增幅最大。但RT-PCR分析发现,西柏三烯一醇合成酶基因(CBT)、西柏三烯一醇羟化酶基因(CYP71D16)在转录水平上并没有明显变化,表明烟草叶面腺毛物质的合成和分泌可能具有复杂的转录后调控机制。     

烟草腺毛生物反应器材料的创制与性状分析

为提高烟草腺毛分泌物含量（质量分数），以高分泌型种质资源T.I.1068为材料，采用基因编辑技术敲除其腺毛发育负调控基因NtCycB2，获得了纯合突变株系TTB-1(tobacco trichome bioreactor-1)。结果表明：TTB-1植株生长旺盛，发育正常。显微观察发现与烤烟K326不同，TTB-1与T.I.1068表皮毛由腺毛组成，无保护毛；TTB-1腺毛密度比T.I.1068提高53.41%，是K326的7倍；与K326相比，TTB-1腺头更加饱满，罗丹明着色更深。烟株现蕾期中部叶片叶面化学成分检测结果显示，TTB-1与T.I.1068分泌物组分一致，但分泌物含量显著高于T.I.1068，分泌物总量比T.I.1068提高63.11%;TTB-1与K326分泌物组分不同，除西柏烷类二萜和Ⅰ～Ⅱ型蔗糖酯外，还含有赖百当类二萜和Ⅲ～Ⅴ型蔗糖酯，总量是烤烟品种K326的7.95倍。对上中下部成熟叶片进行分批采收和叶面化学成分萃取，浸膏产率分别为烟叶鲜质量的0.61%、0.43%、0.30%，平均每株浸膏产量为8.90 g；在盛花期进行一次性采收，浸膏产率为烟叶鲜质量的0.45...     

叶面分泌物和中性香气物质在不同烤烟品种（系）和地区间的变化及其与常规化学成分的关系

采用大田试验的方法,2006～2007年连续2年研究了8306等8个烤烟品种(系)叶面分泌物、中性香气物质组成和常规化学成分的变化.结果显示:(1)烟草叶面分泌物在不同品种(系)间差异极显著,其变化范尉在0.28～0.85 mg/cm2之间,平均0.47 mg/cm2.8个烤烟品种(系)的平均叶面分泌物在地区间存在极显著差异,平顶山地区比郑州地区高28%;(2)高香气烤烟新品系"8306"中性香气物质总量和重要致香物质含量(如茄酮,β-大马酮和新植二烯等)均明显高于对照品种,并且在地区间年份间保持稳定,不同地区中性香气物质组成相同,但是存在量的差异;(3)烟草水溶性总糖和总氮在不同地区间和不同品种(系)间均存在显著差异,与对照相比,"8306"在化学成分含晕上具有高糖低氮的特点.     

基于CRISPR/Cas9技术的烟草CPS2基因敲除及功能分析

为明确柯巴基焦磷酸合酶基因(CPS2)的功能和调控机制,利用CRISPR/Cas9技术对高香气烤烟品系8306中的CPS2基因进行定向编辑,得到了7株靶位点单碱基A/T/C插入的转化植株。利用q-PCR技术分析转化植株二萜类关键基因的表达,并利用GC/MS分析叶面分泌物成分及香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)含量(质量分数)。结果表明:(1)T0代转化植株CPS2及ABS表达量显著降低,冷杉醇和赖百当烯二醇含量也显著降低。(2)DXR表达量均显著升高,GGPP含量也大幅提高。(3)CYC-1和CYP71D16表达量差异较大,西柏三烯二醇出现小幅降低。(4)T0代转化植株的株高、茎围、叶间距、最大叶长、最大叶宽均增加。因此,敲除CPS2能够抑制赖百当类化合物合成,有助于上游途径中萜类合成前体GGPP的积累,可能抑制西柏三烯二醇积累,同时使植株表型性状发生变化。     

不同基因型烟草腺毛主要分泌物差异分析

为明确不同基因型烟草腺毛分泌物的成分差异,筛选高腺毛分泌物基因型的烟草种质,本研究基于气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）,对不同基因型的12个烟草品种的鲜烟叶腺毛主要分泌物进行鉴定分析,结果表明:在12份检测品种烟叶中,西柏三烯二醇（CBT-diols）是西柏烷二萜的主要物质形式,且其在烤烟品种中含量相对较高;所有检测品种中均含有α-西柏三烯二醇（α-CBT-diols）和β-西柏三烯二醇（β-CBT-diols）,两者比值变化范围为1.58~2.32;所有检测品种中共检测出5个蔗糖酯类型,可依据蔗糖酯类型的有无和含量的多少将检测种质分为Ⅰ-Ⅱ型蔗糖酯较多和Ⅲ-V型蔗糖酯较多2个大类。总体上看,Basma、Beinhart1000-1、红花大金元、BX1、BX2这5个品种腺毛主要分泌物含量较高,可供烟草香气品质改良育种或表面活性物质提取利用。      

烤烟基因型间香味物质的差异分析

对高香气烤烟新品系"8306"等8个烤烟基因型进行香味成分的差异分析,旨在显示"8306"的高香气特性。用分光光度法测定叶面分泌物含量和残余法测定浸提后石油醚提取物的含量,用气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)对"8306"和中烟100的香味物质含量和组成进行鉴定。结果表明,"8306"的叶面分泌物、石油醚提取物含量和总香值均较高,这可能是与其它基因型香气质量差异的主要原因。"8306"的20种含量较高成分可能是其高香气产生的主要物质基础。"8306"的总香气成分含量远高于中烟100,这可能是其香味突出的原因之一。     

高分泌型K326近等基因系的创制和鉴定

烟草腺毛分泌物含量与烟叶品质和烟株抗性密切相关.本研究以K326为轮回亲本,以高分泌型烟草种质T.I.1068为供体亲本,通过对腺毛形态及腺毛分泌物含量的定向筛选,获得了高分泌型的K326近等基因系(High Secretory K326,HSK326).形态观察发现,HSK326植物学性状与K326基本一致,但叶面腺...     

氮素对烤烟基因型间香味基础物质及相关性状的影响

为研究氮素对不同烤烟基因型香味基础物质及相关性状的影响。以高香气烤烟新品系8306、高香气杂交种Y892和常规烤烟品种K326、中烟100 为材料,对不同氮肥水平下不同香气特征基因型烤烟的质体色素含量、叶面分泌物含量等香味基础物质相关性状的变化特征和差异进行了分析。结果表明,中氮水平下,各基因型类胡萝卜素含量最高;8306 和Y892类胡萝卜素的积累速度要高于K326 和中烟100;中氮处理的叶面分泌物含量在各个叶龄期均高于低氮处理和高氮处理;8306和Y892 在中部烟叶叶面分泌物含量最高期高于K326 和中烟100;不同基因型烤烟氮素的代谢积累有较大差别;不同基因型烤后烟叶中性香气基础物质总量,随氮用量增加8306 的含量升高,K326 的含量降低。以提高烟叶香气基础物质含量为目标的栽培管理中要根据品种特点进行氮肥运筹。     

烤烟品种大白筋599特征香气性状的物质及分子基础研究

为探索大白筋599特征香气性状的关键致香物质基础和分子机制,为特香型烤烟品种培育及工业利用奠定基础,通过不同品种（系）的表面分泌物检测及烟叶感官鉴定比较,明确大白筋599特征香气性状关键致香物质基础;通过对不同品种中调控关键致香物质合成的基因进行测序,明确大白筋599特征香气性状形成的分子基础。结果表明,烤烟品种大白筋599和香料烟品种Samsun表面分泌物中含有赖百当二萜冷杉醇,而普通烤烟G28等均不含冷杉醇。普通烤烟G28与大白筋599杂交或回交的后代品系中,含有冷杉醇的均具有大白筋599特异香气特性,不含冷杉醇的没有特异香气特性。调控冷杉醇合成的关键基因NtCPS2的第292位碱基在不同品种间具有多态性,在大白筋599中是野生型碱基G,而在供试普通烤烟及生产主栽品种中是突变型碱基T。冷杉醇是烤烟品种大白筋599特异香气性状形成的关键致香物质。调控冷杉醇合成的关键基因NtCPS2的第292位碱基在大白筋599及供试普通烤烟品种和主栽品种间的SNP多态性,是导致其香气特征差异的主要原因。通过遗传改良,丰富烟草表面分泌物中致香成分的种类和含量,是培育特色香气风格烤烟品种的重要途径。     

诱导子对烟草植株叶片酶活性及香气物质积累的效应

采用盆栽试验,通过叶面喷施诱导子,考察了诱导子对烟草次生代谢关键酶活性及香气物质积累的影响.结果表明,经诱导子处理过的烟草叶片苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性均高于对照,且腺毛分泌物、石油醚提取物、类胡萝卜素、多酚类物质含量也高于对照.综合考虑,100 mg/L浓度的茉莉酸甲酯诱导子和200 mg/L浓度的壳聚糖诱导子处理烟叶较有利于烟草香气成分的生成.     

烤烟致香物质含量和腺毛密度的基因型差异

采用田间试验和气相色谱-质谱联用法分析及电镜扫描,对不同基因型烤烟致香物质含量和腺毛密度差异进行了研究。结果表明,烟叶的致香物质含量与基因型密切相关,不同基因型烤烟致香物质总量存在显著差异,具体表现为兴烟1号>K326>云烟87>贵烟4号;不同基因型烤烟主要类别致香物质含量存在差异,其中云烟87的类西柏烷类、苯丙氨酸类和棕色化产物类致香物质含量较高,而兴烟1号的类胡萝卜素类和新植二烯致香物质含量较高;不同基因型烤烟叶面腺毛密度存在差异,兴烟1号的腺毛密度最大,其次是K326,云烟87的腺毛密度最小。