普通烟草WOX转录因子家族的全基因组鉴定及分析

[背景]WOX(WUSCHEL-related homeobox)转录因子家族是植物特有的一类转录因子家族,被报道参与生长发育、细胞间通讯、干细胞分裂分化稳态调控和器官发育等过程.[方法]利用比较基因组学和生物信息学的方法,在烟草基因组中对WOX转录因子成员进行鉴定,并进行进化分析、共线性分析、保守基序分析以及表达模式...     

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Aux/IAA转录因子家族全基因组鉴定分析

Aux/IAA是一种生长素早期响应因子,影响生长素对植物生长发育的调控。烟草作为一种模式植物,在烟草中鉴定Aux/IAA家族基因对于研究生长素调控机制具有重要意义。本研究利用生物信息学方法,从普通烟草基因组中鉴定出77个Aux/IAA家族基因,平均氨基酸数为379,全部为亲水性蛋白,大部分为酸性蛋白。其中46个基因定位到19条连锁群上,分布最多的22号连锁群上有6个基因,其余31个基因位于Scafford上,所有基因均定位于细胞核内。Aux/IAA家族划分为2个类群,10个亚群,包括6对直系同源和40对旁系同源姐妹对,每个亚群中都分布有烟草的Aux/IAA基因。所有的烟草Aux/IAA基因均缺失了结构域Ⅰ,68个基因同时包含Aux/IAA结构域Ⅲ和Ⅳ,21个B6亚组基因包含B3、ARF和Aux/IAA结构域。内含子-外显子结构除了B6亚组基因外,都较为简单。表达模式分析结果显示,不同亚群的基因组织表达特异性不同,同一亚群的基因组织表达特异性一致。Aux/IAA家族基因主要参与细胞组成、蛋白结合、生物进程调节、信号转导、刺激反应、代谢过程等功能。      

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...     

烟草ABF转录因子基因的克隆与生物信息学分析

为获得烟草AREB/ABF(ABA响应元件结合蛋白/ABRE结合因子)家族转录因子基因序列,进一步提高烟草的抗渗透胁迫能力,通过同源比对和RT-PCR技术,从烟草品种红花大金元中克隆到烟草AREB/ABF家族转录因子NtABF1(GenBank登录号为KF736849),NtABF2(GenBank登录号为KF736850)基因编码序列,并进一步利用生物信息学分析软件对这两个转录因子的蛋白理化性质、高级结构和生物学功能进行了预测。结果表明:NtABF1基因开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)长999 bp,编码332个氨基酸,蛋白分子量36.45 kDa,等电点9.04;NtABF2基因ORF长1305 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量46.92kDa,等电点9.35。NtABF1和NtABF2均为含有BRLZ(Basic Region and Leucine Zipper)保守结构域的亲水蛋白,不含信号肽与跨膜结构。其高级结构均以α螺旋和无规则卷曲为主,β转角和延伸链含量较少。在亚细胞水平上,NtABF1和NtABF2均定位于细胞核。磷酸化位点分析表明,两蛋白均含有丝氨酸,苏氨酸和酪氨酸等激酶识别位点。进化分析和多序列比对结果表明,NtABF1与AtAREB3的进化关系最近,序列相似性达54.49%;NtABF2与SlAREB1,StABF1和StABF的亲缘关系较近,序列相似性分别为83.63%,83.52%和83%。功能预测结果显示,NtABF1和NtABF2均为转录调控因子。     

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.     

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。     

光、温、激素对烟草种子萌发和幼苗生长的影响

本文以4个烟草品种为材料,研究了激素、光、温对烟草种子萌发和幼苗生长的影响。光能明显加速烟草萌发,但对最终发芽率影响不大;红光、蓝光均能明显加速烟草萌发;光抑制烟草幼苗茎伸长,促进根伸长。烟草种子萌发的适宜温度为20~25℃;在10~30℃范围内,提高温度会促进幼苗生长。低浓度的茉莉酸甲酯(1×10-7mol/L~1×10-6mol/L)能明显加速烟草种子萌发,10-4mol/L以上浓度抑制种子萌发;适宜浓度的24-表油菜素内酯(0.01~0.1mg/L)也能促进烟草种子萌发,赤霉酸能明显促进烟草幼苗生长,其对茎伸长的促进效应明显强于对根伸长的促进效应,K346对GA₃最敏感。      

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。     

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。     

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。     

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。