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。      

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。     

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。     

香蕉MaWRKY31转录因子的特性及对MaACS1、MaACO1和MaSAG1的调控

从香蕉果实中克隆得到1个WRKY转录因子,命名为Ma WRKY31。氨基酸序列比对及进化树分析发现Ma WRKY31具有一个典型的WRKY结构域,与拟南芥WRKY31和番茄Sl WRKY6同源性较高,且同属于第Ⅱ类b亚族。实时荧光定量聚合酶链式反应表明外源乙烯处理诱导了Ma WRKY31的表达,并且随着香蕉果实的成熟衰老,其表达明显增强。亚细胞定位和转录活性分析显示Ma WRKY31定位于细胞核,是一种核蛋白,并且具有转录激活活性。双荧光素酶瞬时表达分析显示,Ma WRKY31可以激活乙烯合成基因Ma ACS1和Ma ACO1,以及成熟衰老相关基因Ma SAG1的启动子活性。这些结果表明Ma WRKY31可能通过调控乙烯合成和成熟衰老相关基因的表达来参与香蕉果实成熟衰老过程,加深了对香蕉果实成熟衰老转录调控机制的认识。     

烟草BELL基因家族鉴定及其温室条件下的表达模式分析

BELL基因是植物中普遍存在的一类基因,其编码的同源异型结构域转录因子参与调控了植物叶片、花序等多个组织的发育过程。为明确烟草BELL基因的结构和功能,通过同源序列比对和功能域分析鉴定了普通烟草BELL基因,结合系统进化和基因表达模式分析对烟草BELL基因的功能进行了初步预测。结果表明,从普通烟草基因组中共鉴定出28个NtBELLs基因,分布于15条不同的染色体上。系统进化分析表明,烟草NtBELLs基因可分为4组,每组参与调控烟草不同的发育过程。NtBELLs基因在6个烟草组织中呈现不同的表达模式,且具有明显的组织特异性。干旱和盐胁迫能显著诱导部分NtBELLs基因的表达,表明该基因家族可能参与了植物抵御非生物胁迫的过程。     

烟草高亲和硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.5的克隆及表达模式分析

【背景和目的】高亲和硝酸盐转运蛋白NRT2家族基因在植物硝酸盐吸收转运和再利用过程中发挥重要作用,为探索烟草NRT2家族基因NtNRT2.5对烟草氮素调控的作用。【方法】从烟草烤烟品种K326中克隆得到高亲和硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.5,进行生物信息和表达模式分析,创制NtNRT2.5启动子融合GUS报告基因的K326转基因烟草材料,进行GUS组织化学染色。【结果】NtNRT2.5基因的全长ORF为1509 bp,编码502个氨基酸,属于稳定性疏水蛋白,其蛋白跨膜结构域具有NRT2家族结构特征;烟草NtNRT2.5蛋白与拟南芥AtNRT2.5蛋白亲缘关系最近,功能相似;该基因启动子包含多种激素和胁迫响应元件;NtNRT2.5蛋白定位于细胞质膜;NtNRT2.5基因在烟草各组织都有表达,在下部叶中表达最强,且受低氮诱导表达增强,GUS组织染色结果表明,正常供氮和低氮条件下,在转基因烟草的根（中轴）和下部叶片（叶脉）中都检测到了GUS报告基因,均能显蓝色,且低氮条件下表达更加强烈,蓝色更深。【结论】烟草NtNRT2.5是高亲和硝酸盐转运蛋白的编码基因,该基因受低氮诱导表达增强,可能参...     

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。     

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KNOX基因家族的结构与表达模式分析

KNOX基因家族是具有同源异型盒结构域的转录因子,在植物形态建成、模式形成等过程中起重要调控作用。为明确烟草KNOX基因的结构及生物学功能,分别从普通烟草、林烟草和绒毛状烟草中鉴定出18、8和5个KNOX基因,并对其系统进化、基因结构、蛋白功能域及基因表达模式进行分析。结果表明,烟草KNOX基因可分为NtKNOXⅠ和NtKNOXⅡ两个亚类,两亚类又进一步分为5个进化分支。同一进化分支中烟草KNOX蛋白的功能域以及其编码序列在基因结构上的分布高度保守。基因表达分析表明,普通烟草中NtKNOXⅡ类基因在多个组织中表达,而且整体表达水平高于NtKNOXⅠ类基因。在林烟草和绒毛状烟草的根和叶中表达量最高的KNOX基因不同。     

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PPO基因家族鉴定与不同成熟度烟叶烘烤过程中PPO活性分析

【背景与目的】多酚氧化酶（PPO）参与的棕色化反应是生产高品质烟草产品的关键环节，为了明确烟草中PPO基因的结构与功能。【方法】通过生物信息学的方法鉴定烟草PPO基因家族成员及其特征；利用qRT-PCR方法分析了翠碧一号上部4种成熟度烟叶（M1～M4）PPO基因的表达，并采用多酚氧化酶活性检测试剂盒测定烘烤过程中烟叶PPO酶活性变化。【结果】烟草基因组中共鉴定到12个NtPPO基因，大多数成员具有类似的基因结构、相近的蛋白长度和保守的蛋白结构域。系统进化分析将菠萝、高粱、番茄、马铃薯和烟草的PPO蛋白分为3个亚族，其中Ⅱ，Ⅲ亚族中均为双子叶植物的PPO成员。NtPPOs基因家族成员的表达量随着成熟度提高表现出不同的变化模式，大多数成员在过熟烟叶中表达量最低。烘烤过程中不同成熟度烟叶中PPO活性也存在明显差异，其中M2、M3和M4成熟期烟叶PPO活性呈现先下降后上升再下降的趋势，在45℃达到最大值，且M2>M3>M4。【结论】研究结果可为烟草PPO基因的功能研究、烟叶棕色化的调控和品种遗传改良奠定基础。     

烟草同源异型盒转录因子NtKNATM1基因的克隆及表达分析

KNOX基因是编码一类同源异型盒结构的转录调控因子,在植物顶端分生组织发生与维持、侧生组织的形态建成过程中起重要调控作用。为了揭示KNOX基因在烟草中的功能,通过同源性比对搜索的方法从烟草中克隆到1个KNOX基因,即NtKNATM1,其开放阅读框长度为522bp,编码174个氨基酸。生物信息学分析结果表明,NtKNATM1编码1个非典型结构的KNOX蛋白,含有KNOX1和KNOX2两个结构域。进化分析结果显示,烟草KNATM1与拟南芥KNATM进化距离较近,且形成一个独特的KNOX基因簇。qPCR分析结果显示,NtKNATM1在腋芽和顶芽中高量表达;生长素处理能够显著诱导NtKNATM1的表达,而打顶处理能够下调NtKNATM1的表达。因此,烟草NtKNATM1可能参与顶端、侧生组织发育过程,且受生长素的正向调控。     

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。     

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DREB转录因子的序列鉴定与表达分析

DREB转录因子含有一个保守的AP2/ERF结构域,在植物抗逆过程中起关键作用。利用生物信息学分析手段,以拟南芥DREB家族成员序列为参照,在普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组公共数据库中鉴定出了68个DREB转录因子。对烟草DREB转录因子家族进行了理化性质、系统进化、保守结构域和表达分析。结果表明,普通烟草基因组编码68个DREB转录因子家族成员,氨基酸数目差异较大;系统发育分析表明,拟南芥和烟草的DREB转录因子共125个成员形成6个进化分支,其中烟草比拟南芥缺少A6分支;结构域分析表明,同一分支内的DREB转录因子的保守结构域以及motif具有高度的一致性;组织表达分析表明,大多数DREB家族基因在烟草中表达量较低,在衰老、干旱和病害胁迫下基因表达量较多。此研究将为烟草DREB转录因子的深入分析奠定了生物信息学基础。     

普通烟草KCS基因家族的鉴定及非生物胁迫表达模式分析

【目的】为探究烟草KCS基因在非生物胁迫下所起的作用。【方法】采用生物信息学方法对烟草KCS基因进行系统进化、共线性和表达模式等分析。【结果】从普通烟草中鉴定出41个KCS基因;拟南芥和新鉴定的烟草KCS基因可划分为8个亚组,大部分亚组均含拟南芥和烟草成员;10个NtKCS成员源自全基因组复制事件,NtKCS10和NtKCS11是AtKCS02的同源基因,可能具有相似的生物学功能;普通烟草KCS基因启动子含多个与胁迫相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;在盐和干旱胁迫下,NtKCS09、NtKCS11和NtKCS16表达量均有提高,可能参与烟草胁迫响应等信号传导过程。【结论】本研究对普通烟草KCS家族成员进行了系统的鉴定与分析,为深入研究烟草KCS家族基因的生物学功能奠定理论基础。     

甘蓝型油菜TFⅢA型锌指蛋白基因鉴别和表达模式

植物TFⅢA型锌指蛋白的锌指区含有保守的QALGGH区,属于C2H2型转录因子,参与调控植物生长发育和逆境胁迫应答.参照拟南芥AtZFP基因的C2H2结构域氨基酸序列,采用生物信息学方法鉴定了46个甘蓝型油菜TFⅢA型锌指蛋白基因,分析了基因结构、生化特性、进化关系和基因表达模式.结果表明：42个基因为单锌指蛋白基因,4个为多锌指蛋白基因;40个基因不含内含子,6个基因含内含子;46个基因的氨基酸序列同源性变幅为9.0% ～99.2%,氨基酸序列保守性差异明显,亚类成员间包含相同的保守基序,亚类间的保守基序不同;PlantCARE分析发现其启动子区富含激素、非生物胁迫及特定生理过程响应的顺式作用元件;RNA-seq分析表明,部分基因在甘蓝型油菜品种中双11号的根、初花期雌蕊和角果中特异表达.