烟草茄尼醇合成关键酶基因表达模式分析及NtSPS基因的功能研究
烟草是一种重要的经济作物，因其烟叶中富含多酚、茄尼醇、烟碱等多种有益成分而具有重要的医药价值。其中茄尼醇是一些重要药物的中间体，可用于合成辅酶Q10和维生素K2等泛醌类药物和抗癌增效剂SDB。目前，医药上利用的茄尼醇主要来源于废弃烟叶，因此对烟草茄尼醇的生物合成进行研究，对茄尼醇含量的调控具有重要的意义。本研究利用超高效液相色谱和实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)方法，测定了茄尼醇含量差异显著的烟草品种红花大金元（含量高）和中烟90（含量低）6个发育时期根、茎、叶中茄尼醇含量以及萜类代谢关键酶基因的表达，分析了茄尼醇积累与各关键酶基因表达的相关性。另外，通过克隆得到了烟草茄尼基焦磷酸合酶的基因，并对基因序列进行了生物信息学分析，最后通过构建过表达载体，对该基因的功能进行了研究。主要的研究结果如下: (1)茄尼醇在红花大金元和中烟90的6个取样时期茄尼醇含量:叶＞茎＞根。两品种中7种萜类关键酶基因表达模式不尽相同，FPS、DXR、IPI、SPS、GGPPS基因的表达从苗期至开花期表达量逐渐上升，在根中至现蕾期表达量最高，在茎、叶中开花期最高，随后迅速下降。相关性分析表明，DXS、GGPPS与茄尼醇含量呈负相关，而FPS、DXR、SPS以及IPI基因的表达量与茄尼醇含量呈显著和极显著正相关。另外，根、茎中IPI基因与DXS、FPS、SPS基因的表达呈显著和极显著正相关;叶片中SPS与FPS、IPI基因的表达呈显著正相关，而与DXS基因的表达呈显著负相关，HMGR与IPI基因表达呈极显著正相关。 (2)克隆获得了2个SPS基因，分别命名为NtSPS1和NtSPS2，基因全长为1209、1248bp，分别编码402和416个氨基酸，2个基因编码的蛋白质均属于亲水性蛋白质，无跨膜结构，分别定为与叶绿体和线粒体，两基因均包括2个保守的DDxxD功能结构域。另外，NtSPS1编码的蛋白质不稳定指数较高，属于不稳定蛋白质，NtSPS2编码的蛋白质不稳定指数较低，属于稳定蛋白质。 (3)构建了NtSPS1和NtSPS2的过表达载体，并利用农杆菌介导的方法分别获得了16和8个转基因植株。荧光定量PCR结果表明，NtSPS1阳性植株的表达量是非转基因植株的6-15倍，SPS1转基因表达量是NtSPS2转基因表达量的3-5倍，转基因植株烟叶茄尼醇含量比对照增加20-30％。
烟草;茄尼醇;焦磷酸合酶;基因克隆;NtSPS基因
中国农业科学院
硕士
作物
戴培刚
2017
中文
S572
65
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）