编辑烤烟多酚氧化酶基因NtPPO8后的效应分析

【目的】探究NtPPO8基因在烟草中的功能以及对烟叶耐烤性和烤后烟质量的影响。【方法】以烤烟品种NC89为材料,利用CRISPR/Cas9技术对NtPPO8进行定向编辑,获得纯合突变植株,测定并分析原品种和突变体在叶龄60 d时的基因表达量和植物多酚氧化酶（Polyphenol oxidase,PPO）活性差异,探究NtPPO8基因对烘烤过程中的PPO活性以及烤后烟的多酚物质含量的影响。【结果】（1）共获得6株T0代纯合突变体,突变均发生在靶位点上,为1个碱基的插入突变。（2）4个T1代编辑株系的NtPPO8表达水平显著下降,所有编辑株系的PPO活性显著下降。（3）T1代编辑株系烘烤过程中的PPO活性低于原品种,烤后中部叶总酚含量显著高于原品种。【结论】定向编辑NtPPO8基因后,降低了其在烟叶中的表达量,抑制了烟叶在烘烤过程中的PPO活性,有助于烤后烟多酚类物质的积累。     

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。     

亚氯酸钠对鲜烟酶促棕色化反应的影响

以烤烟K326为试验材料, 通过暗箱试验研究了不同浓度亚氯酸钠(SC), 叶面喷施和浸泡两种处理方式对鲜烟酶促棕色化反应的影响。结果表明, 200 mg/L SC对鲜烟酶促棕色化反应的抑制作用最为显著。喷施和浸泡两种处理方式对酶促棕色化反应的影响无显著差异。SC对不同成熟度鲜烟酶促棕色化反应抑制效果不同, 其中以M3成熟度(9~10成黄绿)效果最好。SC处理和对照烟叶多酚氧化酶(PPO)活性变化表现出基本相同的规律, 但SC处理烟叶PPO活性均低于同期对照烟叶。     

烟草PP2C家族基因降雨量响应表达模式分析

PP2C是一类单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,广泛参与生物体内多个信号转导。PP2C基因家族的鉴定和功能研究已在多种作物上报道。为探明不同降雨量条件下烟草PP2C基因家族表达特征,通过塑料大棚内模拟人工定量喷灌试验和不同降雨量的田间试验,利用RNA-Seq技术对移栽后40和60 d烟叶中PP2C家族基因进行了表达分析。结果显示,18个烟草PP2C家族基因的表达明显受降雨量影响,可分成9个亚族。其中6个PP2C家族成员的表达随着降雨量增大而降低,4个PP2C家族成员的表达随着降雨量增大而升高。本研究初步探明了云烟87中受降雨量影响的PP2C基因家族种类及其表达特点,为抗旱育种和抗旱栽培提供参考。     

不同成熟度烟叶烘烤过程中生理生化变化研究

对不同成熟度的鲜烟叶在烘烤过程中主要生理生化变化规律及其烤后质量进行了系统的研究.结果表明,不同成熟度烟叶在烘烤过程中淀粉酶活性的变化规律均呈双峰曲线,变黄前、中期各处理烟叶淀粉酶活性的升高和淀粉相对降解量呈动态正相关,但后期相关性不高,说明淀粉的降解与多种因素有关,不仅仅受淀粉酶的影响.烟叶淀粉和色素的降解规律一致,均在变黄期(45℃以前,含水量30%以上)快速降解,特别是烘烤的前48 h降解量最大,之后变缓.淀粉和叶绿素含量随成熟度的提高而明显降低.在烘烤过程中,成熟度适宜的烟叶SOD和POD等保护酶活性较高,而PPO活性较低,棕色化发应不容易发生.适熟鲜烟叶淀粉含量较高,烘烤中降解较快,烤后烟叶外观质量较好,淀粉含量低而糖含量高,主要化学成分比较协调,感官评吸质量较理想.     

烟草NtWRKY71基因克隆与表达分析

【背景和目的】WRKY转录因子作为一类植物特有蛋白，不仅参与植物抗病、抗逆等防御反应，而且在植物分枝发育过程中发挥重要作用。为鉴定烟草分枝发育相关的WRKY转录因子。【方法】以拟南芥分枝发育相关转录因子AtWRKY71序列为参考，在烟草基因组中进行鉴定和克隆。利用生物信息学方法分析烟草NtWRKY71理化性质和进化关系。通过qPCR和芯片表达谱分析了NtWRKY71时空表达特征和激素诱导表达模式，利用本氏烟草瞬时表达系统进行亚细胞定位分析。【结果】烟草NtWRKY71基因的蛋白编码序列为930 bp，编码一个由309个氨基酸组成的WRKY蛋白。烟草NtWRKY71含有保守的WRKY蛋白结构域。进化分析显示NtWRKY71与野生烟草WRKY71、土豆WRKY71以及拟南芥WRKY71进化关系较近。基因表达分析表明，NtWRKY71在雄蕊、雌蕊以及根中大量表达；另外，NtWRKY71受赤霉素、生长素和水杨酸的诱导上调表达。亚细胞定位实验表明，NtWRKY71定位在细胞核中。【结论】烟草NtWRKY71为拟南芥分枝调控基因AtWRKY71的同源基因，其表达受到多种激素的调控。研究结果为深入解...     

普通烟草碳酸酐酶家族基因的生物信息学分析

为挖掘普通烟草碳酸酐酶基因的信息并探讨其功能,本研究利用生物信息学方法,在烟草基因组数据库中对普通烟草碳酸酐酶家族成员进行了检索,并对其理化性质、遗传进化、基因结构、蛋白保守基序、顺式作用元件和组织表达模式进行了分析。结果显示,在普通烟草中至少含有9个α和6个β亚家族成员。在进化关系上,不同亚家族成员之间,序列同源性较低;与水稻相比,拟南芥和普通烟草两个亚家族间的亲缘关系较近。亚细胞定位分析结果显示,烟草α亚家族成员在细胞壁、细胞膜、线粒体、叶绿体、细胞质等细胞器中均有分布,而β亚家族成员均存在于叶绿体中。基因结构和保守基序分析说明,各亚家族成员的基因结构和蛋白保守基序呈现较高的一致性。启动子顺式作用元件分析显示,烟草碳酸酐酶基因的启动子中,均含有多个参与光反应、激素响应、非生物胁迫和机械损伤等相关的顺式作用元件。基因组织表达模式分析表明,烟草的碳酸酐酶基因不同成员在不同组织表达水平存在差异,并呈现出时空特异性。本研究结果为烟草碳酸酐酶基因的功能研究奠定了基础。     

烟草Hsp70基因家族的鉴定及NtHsp70Chl基因的表达分析

为探明烟草热激蛋白70（Hsp70）基因家族的特征及烟叶主脉中NtHsp70Chl基因在烘烤条件下的表达模式,对Hsp70基因家族进行了亚细胞定位、系统进化、基因结构、染色体定位,并对NtHsp70Chl基因进行了烘烤条件下实时荧光定量表达PCR分析。结果表明,烟草基因组中Hsp70基因家族共有61个成员,蛋白序列长度不等,等电点在4.52~9.75范围内,各成员蛋白分别定位于细胞质、内质网、细胞外基质、叶绿体和线粒体中;烟草Hsp70基因家族分为6组,定位于叶绿体的成员均存在Ⅵ-a亚组;61个NtHsp70基因分布于18条染色体上,经亚细胞定位于叶绿体的基因分别位于6、17和19号染色体上;烟草Hsp70家族中具有10个基因重复和5个旁系同源基因;经RT-qPCR检测分析,定位于烟草叶绿体中的NtHsp70Chl基因对高温诱导的敏感性较弱。本研究为深入研究烟草Hsp70的功能奠定了基础。     

采收成熟度对雪茄烟叶晾制过程中颜色变化的影响

为探究雪茄烟叶采收成熟度对晾制过程中颜色变化的影响，以雪茄烟品种QX103中部叶为试验材料，研究了不同烟叶成熟度（M1、M2、M3）对晾制过程中颜色表征指标、质体色素含量、含水率、丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）活性、多酚含量等的影响。结果表明，晾制过程中烟叶整体变黄速率表现为M3>M2>M1，变褐速率表现为M2>M3>M1，且M2晾制后烟叶褐色较深；各处理叶绿素a、b大幅度降解，降解幅度均表现为M3>M2>M1，失水幅度表现为M2>M3>M1。各处理叶片MDA含量在晾制10 d内呈上升趋势，第10天的含量表现为M2>M3>M1；各成熟度烟叶PPO活性在晾制0～10 d上升，第10天活性表现为M2>M3>M1，处理间差异显著，在10～15d下降，M2下降幅度最大。在晾制过程中M1处理绿原酸、芸香苷、莨菪亭被氧化较少，多酚类物质积累较多。综上，在晾制过程中不同采收成熟度雪茄烟叶水分散失速率和膜脂过氧化程度存在差异，使得烟叶色素降解与多酚氧化速率不同，进一步影响雪茄烟叶颜色变化进程及晾制后烟叶颜色深浅。     

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...     

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。     

烟草硝酸盐转运蛋白NtNRT1.5基因的克隆及功能分析

【背景和目的】低亲和硝酸盐转运蛋白NRT1家族基因在植物吸收和转运硝态氮过程中发挥重要作用,为研究烟草NRT1家族基因在烟草氮素利用中的作用。【方法】从栽培烟草品种K326中克隆获得NtNRT1.5的全长cDNA序列,利用生物信息分析、qRT-PCR技术和转基因技术系统分析NtNRT1.5基因的序列特征、表达模式及在提高烟草氮素利用效率方面的功能。【结果】NtNRT1.5全长序列包含1800bp开放阅读框、编码599个氨基酸,编码的蛋白质具有NRT基因家族的共有结构特征,与拟南芥AtNRT1.5相似性达到59.28%。亚细胞定位结果表明NtNRT1.5蛋白定位在细胞膜上,其启动子中包含多个与硝酸盐（A(C/G)TCA）、胁迫（MYB）、根系特异表达（ROOT MOTIF BOX）相关的响应元件。表达模式分析结果表明NtNRT1.5主要在根部表达,其次是衰老叶片和茎,新叶基本不表达;低氮抑制其在根系中的表达,说明NtNRT1.5主要负责正常条件下的硝酸盐的吸收;低氮条件下,NtNRT1.5过表达显著提高了转基因烟株的氮素利用率。【结论】NtNRT1.5基因在烟草氮素的吸收和转运上行使重要...     

基于YOLOv5的鲜烟叶成熟度识别模型研究

【背景和目的】烟叶成熟度的准确判定和适时采收是提高烟叶质量的关键,为提高烟叶成熟度判定的准确性。【方法】以翠碧一号（CB-1）的鲜烟叶为研究对象,采用手机拍摄上、中、下3个部位5个成熟度（M1～M5）烟叶图像,利用labelimg软件从原始的图像中获取目标烟叶图像二维坐标信息,通过轻量级网络You Only Look Once(YOLO)v5进行数据训练,构建烟叶5个成熟度识别模型。【结果】CB-1的上、中、下3个部位模型中的m AP值均达到0.9以上,平均准确率分别为93.6%,92.8%,95.2%。进一步将模型部署到云服务器、并配套开发了基于Android端的烟草成熟度智能识别应用程序,实现在大田环境下响应式的鲜烟叶成熟度等级判断。【结论】基于YOLOv5模型的智能识熟APP可有效、准确地判定鲜烟叶成熟度。本研究结果可为鲜烟叶成熟度的智能识别提供理论基础和技术支撑。     

打顶对烟草叶片多酚代谢及其关键酶的影响

为明确打顶对烟叶多酚代谢的影响,本研究以红花大金元品种为材料,采用高效液相色谱法（HPLC）、紫外分光光度法和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）,对移栽后30 d（苗期）和85 d（现蕾后10 d）烟株进行打顶处理,分别检测中部叶（苗期为第4叶位,现蕾后10 d为第8叶位）中多酚类物质含量及其关键酶活性与基因表达。结果表明,与同时期未打顶处理相比,移栽后30 d打顶处理的烟叶中绿原酸等多酚类物质含量显著降低,PAL、PPO和POD活性升高,4CL活性降低,C4H活性无显著差异,PAL1、PAL4和4CL2表达量上调;移栽后85 d打顶处理的烟叶中多酚类物质含量显著升高,PAL、C4H、4CL和POD活性升高,PPO活性降低,PAL1表达量下调,4CL2表达量无显著差异。两个时期打顶处理烟叶中PAL2、PAL3、C4H和4CL1表达量均上调。以上结果表明,打顶诱导烟叶多酚生物合成与生育期有关;打顶后多酚类物质含量与PPO活性负相关,与4CL活性正相关。苗期打顶后烟叶中多酚含量降低,主要与多酚类物质的降解速率强于合成速率有关,而现蕾后打顶烟叶中多酚含量升高,主要与多酚类物质的合成速率强于降解速率有关。