烟草苯丙氨酸解氨酶基因NtPAL的克隆及功能分析

作     者：许力 许永 向海英 黄海涛 米其利 陈钰栋 蒋佳芮 李雪梅 高茜 

作者机构：云南中烟工业有限责任公司技术中心 

出 版 物：《中国烟草学报》 (Acta Tabacaria Sinica)

年 卷 期：2024年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：中国烟草总公司科技项目“多酚类物质代谢相关新品系配方适用性评价及应用”(110202201015(JY-15)) 云南大观实验室课题(YNDG202301YZ01) 云南中烟有限责任公司科技项目“低芸香苷新品系的品质保障技术优化及烟叶配伍性研究”(2023YJ02) 

主　　题：烟草 NtPAL 亚细胞定位 基因功能 抗病性 

摘      要：【背景和目的】烟草苯丙氨酸解氨酶参与苯丙氨酸代谢途径，不仅跟烟叶香气品质相关，而且对烟草抗病、抗逆等防御功能也有影响。为鉴定苯丙氨酸解氨酶参与烟草抗花叶病途径的基因功能。【方法】采用同源克隆的方法，在栽培烟草红花大金元中克隆了苯丙氨酸解氨酶基因NtPAL，利用生物信息学方法分析NtPAL蛋白结构和进化关系。采用CRISPR/cas9基因编辑技术获得NtPAL基因编辑植株PAL-KO，在植株成熟期测定多酚含量和苯丙氨酸解氨酶活性。利用本氏烟草瞬时表达系统，进行NtPAL亚细胞定位分析。【结果】烟草NtPAL基因的全长CDS序列为2016bp，编码一个由671个氨基酸组成的PAL蛋白。NtPAL含有典型的苯丙氨酸解氨酶结构域PLN02457，是一个新的烟草NtPAL基因。亚细胞定位实验表明NtPAL定位在细胞核区域。与对照植株相比，编辑植株PAL-KO对烟草花叶病毒（TMV）的抗性降低，成熟期叶片中新绿原酸、莨菪亭、隐绿原酸、绿原酸及芸香苷等5种多酚含量均显著升高，苯丙氨酸解氨酶活性降低。【结论】烟草NtPAL通过调控多酚含量与苯丙氨酸解氨酶活性响应烟草花叶病抗性。该研究结果为深入阐明NtPAL在烟草抗病性增强和遗传改良方面的潜力奠定了理论基础。