烟草NtSnRK2.1基因的克隆及其在非生物胁迫

植物SnRK2基因家族(蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族2, Sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 2)在糖代谢和抗逆信息传递途径中发挥重要作用。本研究从普通烟草腺毛cDNA文库中筛查烟草SnRK2基因的EST序列,以此序列为信息探针,通过电子克隆和RT-PCR的方法从烟草中克隆到一个包含1017 bp开放阅读框、编码338个氨基酸的cDNA序列,命名为NtSnRK2.1。生物信息学分析表明,NtSnRK2.1蛋白同时具有磷酸化丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸的活性。氨基酸序列比对发现,NtSnRK2.1与拟南芥、水稻和小麦等植物中受逆境胁迫诱导表达的直系同源基因高度同源。组织表达分析结果显示,烟草NtSnRK2.1基因的组织表达差异较大,在根部的表达量最高,其次是叶片,茎部的表达量最低。胁迫处理下的基因表达分析结果表明,NtSnRK2.1受高盐、高渗、低温胁迫和ABA处理诱导表达,对各胁迫条件的应答模式不同,其对各胁迫条件的敏感度为:高渗＞高盐＞低温＞ABA。      

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。      

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β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆与序列分析

为有效调控烟草类胡萝卜素的合成代谢,从普通烟草中克隆到与植物类胡萝卜素合成代谢相关的β-胡萝卜素羟化酶基因BCH,以辣椒BCH基因为探针,通过电子克隆的方法从烟草栽培品种K326中分离出一条编码BCH基因的cDNA序列,暂命名为NtBCH1(GenBank登录号JQ410446)。NtBCH1包含一个完整的开放阅读框,编码309个氨基酸,具备脂肪酸羟化酶超家族保守结构域。序列比对结果表明,NtBCH1蛋白与其他植物的BCH蛋白具有很高的相似性。系统进化树分析表明,NtBCH1与番茄的亲缘关系最近。     

烟草非特异性脂质转移蛋白基因的克隆与表达分析

为了阐明非特异性脂质转移蛋白基因Nt LTP1.1在烟草抗病抗逆反应中的功能,用c DNA末端快速扩增技术(Rapid-amplification of c DNA ends,RACE)从普通烟草中克隆了该基因全长,并通过生物信息学方法分析了c DNA序列结构、蛋白理化性质、保守基序、三级结构以及系统进化关系;利用q RT-PCR检测了该基因在不同组织中的表达模式以及胁迫条件下的表达差异。结果表明:Nt LTP1.1基因全长615 bp,编码蛋白含有129个氨基酸,为一种小分子碱性可溶性蛋白。蛋白序列N端含有信号肽,预测其可能定位于分泌途径中。Blast比对结果显示,烟草非特异性脂质转移蛋白与番茄ns LTP1序列相似性最高,含有8CM保守基序(8个半胱氨酸残基组成的保守基序)。蛋白三级结构预测表明,Nt LTP1.1具有ns LTP典型的三级结构,包括4个α-螺旋,4对二硫键,1个可结合和容纳脂质分子的疏水腔。多重比对结果显示,Nt LTP1.1 8CM结构域模式为C1-X9-C2-X13-C3C4-X19-C5XC6-X22-C7-X13-C8。系统进化分析结果表明,ns LTP进化形成5类,Nt LTP1.1属于Type I。表达模式分析显示,Nt LTP1.1基因主要在烟草叶片中表达,具有明显的组织表达特异性。在低温胁迫条件下表达受到抑制,在水杨酸诱导条件下表达上调。因此,推测Nt LTP1.1基因可能在烟草防御反应中发挥作用。     

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。     

烟草抗PVY~N突变株eIF4E基因的克隆及表达差异分析

为了明确抗马铃薯Y病毒病的相关基因、进一步揭示其抗病机制,以烟草高抗马铃薯Y病毒脉坏死株系(Potato virus Y vein necrosis strain,PVYN)突变株SN01和SN02为试验材料,研究了突变株的抗病相关基因翻译起始因子4E(e IF4E)在寄主中的抗病作用。结果表明:从抗病突变株SN01和SN02中克隆到目的全长基因,分别命名为e IF4E01与e IF4E02,其开放阅读框ORF长度均为669 bp,编码222个氨基酸;利用MAGA4.1和CLUSTAL软件进行序列同源性比对分析表明,e IF4E01和e IF4E02与已报道的烟草e IF4E(Gen Bank:AY702653.1)基因序列相似度均达到99%,其开放阅读框序列完全一致。并与甜椒、番茄、拟南芥等物种的e IF4E家族基因也具有高度同源性;Real-time PCR结果表明,在PVYN侵染初期(接种后0~9 d),突变株SN01和SN02中的e IF4E基因表达量明显低于其感病亲本NC89和K326。说明这两个抗病突变株中的e IF4E基因的抑制表达与烟草对PVYN的抗性密切相关。     

烟草CONSTANS同源基因的克隆与分析

日照长度影响植物的生长发育,在拟南芥中CONSTANS是植物光周期开花途径中的关键基因。利用同源序列法结合RACE 技术从短日照烟草品种Kutsaga.Mammoth10 中分离出了开花时间相关的CO(CONSTANS)同源基因,并命名为NtCO1(基因登录号JN022535.1)。经序列分析,NtCO1 全长1493 bp,具有完整的开放阅读框(ORF,81~1292 bp),编码403 个氨基酸;具有CO 蛋白典型的结构域;氨基末端有两个B-box 结构,羧基末端有CCT 保守结构域。氨基酸同源性比对发现,NtCO1 与茄科CO 同源蛋白一致性最高,同马铃薯CO 序列一致性达到86.5%;与拟南芥CO 蛋白和水稻Hd1 氨基酸序列一致性也分别达到50%和43.7%。基因表达分析表明,NtCO1在叶片中优势表达,茎中次之,根中最弱     

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。     

普通烟草钙依赖蛋白激酶NtCDPK15的基因克隆及表达分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK)对Ca²⁺信号转导通路下游元件的调控具有重要作用。本实验采用同源克隆技术从普通烟草中分离得到1 个CDPK 基因,命名为NtCDPK15(GenBank 登录号为JN662020),cDNA 全长为1963 bp,ORF 大小为1569 bp,编码522 个氨基酸。多序列比对结果表明,NtCDPK15 的编码产物具有典型的CDPK 保守序列,C 末端调控区有4个EF 手性结构。系统进化树分析显示,NtCDPK15 可能来源于绒毛状烟草,预测NtCDPK15 与NtCDPK1这对旁系同源基因在功能上可能非常保守。实时荧光定量PCR 分析结果表明,NtCDPK15 在根和叶中的表达量显著高于茎中的表达量,但经盐胁迫诱导后NtCDPK15 在茎中的表达量显著增加,同时,盐胁迫还使基因在叶中的表达量显著上调,ABA 胁迫可诱导基因在根中的表达,而干旱胁迫可使基因在根和叶中的表达量下调,这些结果说明NtCDPK15 在普通烟草中的表达受盐胁迫及ABA 胁迫诱导,但受干旱胁迫抑制。     

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。     

烟草过氧化氢酶基因CAT2克隆与表达特征分析

基于已有的植物Catalase 2基因（CAT2）序列设计烟草Nicotiana tabacum CAT2的特异性引物,通过RT-PCR扩增克隆获得Nicotiana tabacum var.NC89 CAT2全长mRNA序列,包含1479 bp完整的读码框（ORF）,可编码492个氨基酸残基。遗传进化分析显示,烟草NC89 CAT2与N.benthamiana CAT2基因亲缘关系最近。利用Quantitative Real-time PCR技术分析了CAT2基因在NC89烟草中的组织特异性表达和其应对生物和非生物胁迫的表达差异。结果表明,CAT2基因在烟草NC89的根、茎、叶、花瓣、花萼、种子中均有表达,其中在花中相对表达量最高,其次为叶、茎、种子和根。生物和非生物胁迫处理烟株,其CAT2诱导表达分析显示,机械损伤、渗透压、低温和高温、干旱和感染PVY时CAT2表达量均上调。上述研究表明烟草CAT2基因可能参与了应对非生物和生物胁迫的过程。     

烟草组织蛋白酶B基因的结构特征分析及mRNA表达

为了明确烟草中组织蛋白酶B基因的功能,对烟草组织蛋白酶B基因(NbCathB)进行了序列分析.该基因ORF长951bp,编码316个氨基酸.该基因蛋白质的预测分子量为35.2 kD,等电点为6.14.对NbCathB的基因结构分析显示,该基因具有8个外显子,外显子/内含子边界处均符合GT-AG规则.比较NbCathB和AtCathB基因,显示两者编码氨基酸序列一致性为61％.通过SMART软件分析,NbCathB和AtCathB基因的结构域很相似.在上清液、菌体、菌液以及水4种处理烟叶中的表达谱鉴定显示,在喷施MP制剂(巨大芽孢杆菌)菌体和菌液的烟叶中NbCathB的表达量明显高于在喷施MP制剂上清液的烟叶中的表达量,而在喷施水的烟叶中的表达量最低.说明NbCathB很可能发挥了AtCathB相同的作用.     

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。     

普通烟草茄尼基焦磷酸合酶基因NtSPS的克隆和表达分析

为揭示烟草茄尼基焦磷酸合酶（Nicotiana tabacum solanesyl diphosphate synthase, NtSPS）在烟草茄尼醇生物合成中的作用,分离了烟草品种红花大金元茄尼醇生物合成关键基因NtSPS1和NtSPS2,并对其进行了序列比对、进化分析和亚细胞定位分析,研究了其在烟草植株不同器官的表达水平以及烟草植株不同器官的茄尼醇、叶绿素含量与NtSPS表达水平的相关性。结果表明,NtSPS1和NtSPS2开放读码框（ORF）大小分别为1209、1206 bp,分别编码402、401个氨基酸;NtSPS1和NtSPS2均存在2个保守的DDxxD结构域,这与NtSPS功能发挥相关;NtSPS1、NtSPS2与番茄SPS同源性较高,这与烟草、番茄均为茄科作物有关;NtSPS1、NtSPS2均定位于叶绿体中;烟草植株不同器官NtSPS1和NtSPS2表达水平排序为：叶 > 茎 > 根,这与茄尼醇、叶绿素在烟草植株中的分布规律一致。本研究可为NtSPS调控烟草茄尼醇生物合成机制的深入研究奠定基础。