烟草DGAT基因家族全基因组鉴定与分析

二酰甘油酰基转移酶（DGAT）是三酰甘油合成的关键酶和唯一限速酶。在烟草中鉴定DGAT基因对于研究油脂代谢途径和创造具有附加值的新型油料作物具有重要意义。本研究从烟草基因组鉴定DGAT家族基因,并对序列特性、基因结构、亚细胞定位、进化模式、表达模式等进行分析。结果表明,共获得25个烟草DGAT家族蛋白,其平均氨基酸长度为485,大部分为碱性蛋白和亲水性蛋白,有13个DGAT蛋白定位到8条连锁群上;有16个蛋白定位到内质网,6个定位叶绿体,3个定位到胞外;烟草DGAT蛋白包含典型的WS_DGAT结构域和LPLAT结构域;系统发育树将DGAT家族分为DGAT1、DGAT2、DGAT3和WSD等4个类群,但烟草DGAT仅划分到DGAT2和WSD两个类群;不同烟草DGAT基因的时空表达特性有所差异,并表现出一定的组织特异性,主要集中在衰老叶片和花器官中大量表达。     

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ACS基因家族鉴定及二氯喹啉酸胁迫条件下的表达分析

二氯喹啉酸药害给烟叶生产造成较大影响。为明确烟草二氯喹啉酸药害的发生机制,对1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase,ACS)基因家族进行了鉴定,并对二氯喹啉酸胁迫条件下的基因表达模式进行分析。结果表明,普通烟草共有26个ACS基因。染色体定位分析显示,23个ACS基因定位在染色体上,3个定位在scaffold上。亚细胞定位分析显示,ACS主要定位于细胞核或细胞质中。进化分析表明,ACS蛋白进化形成3个类别。序列比对显示,ACS氨基酸序列含有家族保守结构域和活性位点。启动子分析发现,ACS基因启动子区含有脱落酸、茉莉酸、水杨酸、生长素和赤霉素5种激素反应共10种类型的顺式作用元件。表达分析显示,大部分ACS家族成员均受二氯喹啉酸诱导而上调表达。      

烟草半胱氨酸蛋白酶抑制剂（CPI）基因家族的克隆及组织表达谱分析

运用生物信息学方法,结合RT-PCR和SMART RACE技术从烟草（Nicotiana tabacum）中克隆了4个CPI基因的全长cDNA序列,分别命名为NtCPI1、NtCPI2、NtCPI3和NtCPI4, GenBank登陆号分别为KF057988、KF057989、KF057990和KF057991。基因序列分析表明4个基因分别编码98、98、120和123个氨基酸残基的蛋白质,都具有CPI反应位点的保守基序GG、QXVXQ和A/PW,同时具有植物CPI所特有的LARFAV基序,其中NtCPI3和NtCPI4的N端还包含一段27个氨基酸残基组成的信号肽。实时荧光定量PCR试验表明,4个基因的组织表达谱很广,在根、茎、叶和芽组织中都有表达。这些结果为进一步研究半胱氨酸蛋白酶抑制剂在植物中的生理功能奠定了基础。      

绒毛状烟草钙依赖蛋白激酶基因家族分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK)是一个多基因家族,在植物的钙信号转导中具有重要作用。以拟南芥、普通烟草和烟草属其他种中已知的CDPK序列检索绒毛状烟草基因组框架图数据库,获得绒毛状烟草CDPK基因,并对其进行基因结构、GC含量、系统进化关系、主坐标和基因表达谱分析。结果表明：共分离获得25个绒毛状烟草CDPK基因,它们均具有完整的开放读码框;系统进化树和主坐标分析证实这25个CDPK分布于4个亚家族中;RT-PCR分析显示,绒毛状烟草CDPK基因家族的空间表达存在明显的差异性。此为进一步阐明CDPK基因家族在烟草的钙信号转导过程中的功能及分子机制奠定了重要基础。     

烟草ACO基因家族鉴定和二氯喹啉酸药害条件下的表达分析

烟草二氯喹啉酸药害是影响我国烟叶原料保障的重要问题之一,药害机制可能与乙烯合成相关。为了明确二氯喹啉酸药害的作用机制,对烟草1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase,ACO）基因家族进行鉴定,并对二氯喹啉酸药害条件下的基因表达模式进行分析。结果表明:普通烟草、林烟草、绒毛状烟草分别含有19、9和10个ACO基因。亚细胞定位预测分析显示,几乎所有蛋白均定位于细胞质中。进化分析表明,烟草ACO蛋白家族进化形成三类,Ⅰ类成员最多,Ⅱ类成员最少。MicroRNA靶点分析发现,普通烟草6个ACO含有潜在的miRNA靶点。启动子分析表明,普通烟草ACO启动子区含有激素反应、低温反应、抗性和胁迫反应等多种类型的顺式作用元件。二氯喹啉酸处理下的基因表达分析显示,普通烟草ACO家族所有成员均受二氯喹啉酸诱导上调表达,Ntab0263610、Ntab0263620、Ntab0220530和Ntab0220520 4个基因的上调幅度最大,推测这些基因在烟草二氯喹啉酸药害引起的乙烯合成中发挥关键作用。      

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。     

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。     

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。      

普通烟草脂氧合酶基因家族鉴定及表达模式分析

脂氧合酶（LOX）是脂肪酸代谢途径的关键酶,在植物的生长发育及多种逆境胁迫响应过程中发挥重要作用。本研究对烟草基因组中的LOX家族成员进行鉴定,并利用进化分析、共线性分析和表达分析等方法解析LOX家族成员的潜在生物学功能。结果表明,在普通烟草中共鉴定得到18个LOX基因,其中12个LOX基因被锚定在染色体上。系统进化分析表明,普通烟草中新鉴定的LOX家族成员被分为9-LOX和13-LOX两个亚家族,其中13-LOX又可被分为Type I和Type II两个亚类。共线性分析表明,烟草NtLOX07、NtLOX10基因分别与拟南芥AtLOX05、AtLOX01基因形成同源基因对,并且大部分同源基因之间具有相似的表达模式。表达模式分析发现,普通烟草LOX基因表达具有一定的组织特异性,并且NtLOX06等基因能够被机械损伤和茉莉酸甲脂（MeJA）处理显著诱导。因此,普通烟草LOX家族成员可能在植物胁迫响应过程中发挥着重要的作用。     

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。     

Cams1基因在烟草上的同源克隆及生物信息学分析

为拓宽烟草不育基因的来源,依据辣椒雄性不育基因Cams1序列,在烟草品种K326中同源克隆获得基因Ntms1,采用生物信息学方法对辣椒Cams1基因和烟草Ntms1基因的核苷酸序列、蛋白质结构、亲疏水性及结构域等进行分析,并利用CRISPR/Cas9技术对Ntms1基因功能进行了验证。结果表明,Cams1基因和Ntms1基因的蛋白质序列相似度为85.25%,基因编码产物具有相同的PHD功能结构域,都具有磷酸化识别位点,有相似的二级和三级蛋白质结构,且两个基因都没有信号肽和跨膜区的结构,推测烟草Ntms1基因与辣椒不育基因Cams1具有相似的控制育性功能。遗传转化结果表明,突变株的Ntms1基因表达量和有活力花粉量极显著低于野生型植株,证明了烟草Ntms1基因具有控制烟草花粉育性功能。     

烟草CYP71D亚家族的生物信息学分析

细胞色素P450（CYP450）是一类超基因家族编码的多功能氧化酶,在生物合成、代谢解毒及植物防御方面具有重要作用。其中CYP71D属于CYP450的一个亚家族,主要在次生代谢物合成和病虫害防御方面起作用。为了更好地了解烟草CYP71D亚家族基因特征和功能,本研究利用生物信息学分析手段及烟草转录组数据,对CYP71D亚家族基因的结构和表达等进行了分析。结果发现,在烟草中共有42个CYP71D亚家族成员,各成员在染色体上并非均匀分布,其氨基酸长度和等电点差异较大,但基因结构、保守结构域数目和分布高度一致;二级结构分析表明,烟草CYP71D亚家族成员具备P450蛋白特征结构域;基因表达模式分析显示,多数CYP71D基因在根、叶、花中特异表达,大部分基因参与了IAA激素、黑胫病、温度等逆境胁迫反应。这为烟草CYP71D亚家族基因功能的深入研究及烟草抗逆品种的培育奠定了基础。     

烟草橙蛋白基因的克隆与生物信息学分析

为了获得烟草OR(NtOR)基因的全长序列和进一步揭示其在特色烟叶形成中的作用,采用同源克隆法从烟草品种K326中克隆了NtOR的全长cDNA和基因组DNA序列,GenBank登录号为JN379458和JN375578.生物信息学分析表明,NtOR基因组DNA全长5027bp,cDNA为1188 bp,编码317个氨基酸残基.NtOR蛋白具有2个跨膜域、1个信号肽剪切位点、5个糖基化位点和11个磷酸激酶修饰位点,二级结构包含12个α-螺旋和20个β-折叠,亚细胞定位于质膜上.系统进化与BLAST分析表明,NtOR是SlOR和ViOR的垂直同源基因.GENEVESTIGATOR数据库的芯片结果显示,NtOR基因在子叶中的表达量最高,其次是成熟叶片、幼茎和花,其他组织器官的表达相对较弱.     

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。     

烟草抗番茄斑萎病毒基因筛选与生物信息学分析

通过同源克隆的方法在TSWV高感烟草品种NC89、TSWV耐病烟草品种中烟100中分别克隆出一个疑似抗番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt virus, TSWV)的基因,分别命名为NtSw-5^NC89和NtSw-5^zy100。序列分析表明,NtSw-5^NC89长3819bp,包含1个完整的读码框,编码1273个氨基酸,理论等电点和相对分子质量分别为5.64和147529.5Da;NtSw-5^zy100长3165bp,包含1个完整的读码框,编码1054个氨基酸,理论等电点和相对分子质量分别为6.75和122032.9Da;NtSw-5^NC89和NtSw-5^zy100均不含信号肽,均无明显跨膜区,二者均含有大多数植物抗性蛋白所共有的CC-(NB-ARC)-LRR典型结构。系统进化树分析表明,NtSw-5^NC89与马铃薯假定晚疫病抗性蛋白同源R1A-3近源关系最近,NtSw-5^zy100与烟草假定晚疫病抗性蛋白同源R1A-3同型X2近源关系最近。该结果可为烟草番茄斑萎病毒抗性研究和烟草番茄斑萎病毒的防治提供理论基础。     

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。