烟草脂类合成关键基因NtLPAT的功能验证
吉白璐, 孙艺文, 刘万峰, 钱亚新, 蒋彩虹, 耿锐梅, 刘旦, 程立锐, 杨爱国, 黄立钰, 李晓旭, 蒲文宣, 高军平, 张强, 文柳璎
作物学报
2025, 51 ( 9):
2527-2537.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2025.44216
溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是负责催化溶血磷脂酸(LPA)和脂肪酰基-辅酶A (Acyl-CoA)酯化生成磷脂酸(PA)合成途径的关键酶, 尚不清楚烟草中LPAT的基因功能。本研究从K326中克隆得到NtLPAT基因, 利用CRISPR/Cas9技术获得NtLPAT敲除植株ntlpat, 对其农艺性状和抗病性以及外观质量进行鉴定, 结合脂质组、转录组分析NtLPAT的功能。结果表明, NtLPAT受青枯病菌和黑胫病病菌的诱导。ntlpat株高降低, 对黄瓜花叶病毒病(CMV)与青枯病的抗性提高。脂质组分析表明, ntlpat中甘油酯代谢发生了重排, 三酰甘油含量显著降低, 组成类囊体膜的甘油糖脂含量(MGDG, DGDG)随之上升, 并且鞘脂和磷脂酰肌醇含量也发生变化。转录组分析表明, ntlpat的光合作用、碳固定代谢、鞘脂合成和磷脂酰肌醇信号转导途径的相关基因发生重编程, 因此推测NtLPAT具有脂酰基转移酶活性, 调控三酰甘油的从头合成途径, 并参与细胞信号传导, 影响烟草的生长和对CMV、青枯病菌的抗性, 研究结果为挖掘烟草株型及抗性改良提供基因资源和试验依据。
样品
Sample | 颜色
Color | 成熟度
Maturity | 油分
Oil | 身份
Body | 结构
Structure | 色度
Color intensity | 总分
Score | 量化总分
Quantify the total score | | K326 | 7 | 8 | 8 | 9 | 8 | 6 | 46 | 7.71 | | ntlpat | 7 | 8 | 6 | 9 | 8 | 5 | 43 | 7.47 |
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表3
ntlpat突变株系烟叶外观评价
正文中引用本图/表的段落
图A中, M为DL 2000 marker, 1为阴性对照, 2为目的条带。图B为烟草、马铃薯、辣椒与番茄LPAT序列的比对。图C为NtLPAT在烟草不同组织中的表达量, Root: 地下部; Shoot: 地上部; Shoot apex: 苗端。图D为NtLPAT响应黑胫病的表达模式, 0、6、12、24 hpi表示接菌后0、6、12、24 h, R表示烟草抗黑胫品种BH1000-1, S表示感黑胫烟草品种小黄金1025。图E为NtLPAT响应青枯病表达模式, 3、9、24 hpi表示接菌后3、9、24 h, R表示烟草抗青枯品种反帝三号-丙, S表示烟草感青枯品种红花大金元, CK表示未接菌对照, RS表示接种青枯菌。*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平差异显著。
为明确NtLPAT是否影响烟草农艺性状和外观质量, 本研究对打顶后的K326与ntlpat的农艺性状进行测量, 对烤后烟叶的外观质量进行评价(表2和表3)。结果显示, ntlpat打顶后与对照K326相比, ntlpat株高降低21.10 cm, 茎围增加0.20 cm, 节距降低1.65 cm, 叶片数减少0.65片, 腰叶长降低3.40 cm, 腰叶宽降低0.62 cm, 其中ntlpat的株高和节距显著降低, 可见NtLPAT的功能缺失影响了烟草植株的生长。外观质量评价结果显示, ntlpat油分与色度的评价分比K326低, 但是综合评价后K326与ntlpat的量化总分分别为7.71与7.47, 二者没有差异。
本文的其它图/表
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图1
NtLPAT基因序列对比以及表达模式分析
图A中, M为DL 2000 marker, 1为阴性对照, 2为目的条带。图B为烟草、马铃薯、辣椒与番茄LPAT序列的比对。图C为NtLPAT在烟草不同组织中的表达量, Root: 地下部; Shoot: 地上部; Shoot apex: 苗端。图D为NtLPAT响应黑胫病的表达模式, 0、6、12、24 hpi表示接菌后0、6、12、24 h, R表示烟草抗黑胫品种BH1000-1, S表示感黑胫烟草品种小黄金1025。图E为NtLPAT响应青枯病表达模式, 3、9、24 hpi表示接菌后3、9、24 h, R表示烟草抗青枯品种反帝三号-丙, S表示烟草感青枯品种红花大金元, CK表示未接菌对照, RS表示接种青枯菌。*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平差异显著。
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图2
ntlpat对青枯病抗性鉴定
图A为转基因材料鉴定峰图; 图B为K326与ntlpat接种青枯病菌后14、18、22、25、28、32、35 d时的病情指数; 图C为K326与ntlpat接种青枯0 d与35 d时的烟苗状态。*表示P < 0.05。
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表1
ntlpat株系病毒病抗性分析
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表2
ntlpat突变株系主要农艺性状
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图3
ntlpat突变株系脂质组分析图
图A为差异代谢物KEGG分类图; 图B为脂类代谢途径中的差异脂类示意图。TG: 甘油三脂; PG: 磷脂酰甘油; MGDG: 单半乳糖二酰基甘油; DGDG: 二半乳糖二酰基甘油; Cer: 神经酰胺; SPH: 鞘磷脂; PC: 磷脂酰甘油; LPA: 溶血磷脂酸; LPC: 溶血磷脂酰胆碱。
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图4
ntlpat突变株系代谢组分析图
图A为差异表达基因GO富集柱状图; 图B为差异表达基因KEGG富集气泡图; 图C为磷脂合成途径和光合系统复合体差异表达基因示意图。
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