本发明专利技术公开了一种降低烟草尼古丁含量的基因及其应用。所述基因是一种烟草JAZ蛋白基因，命名为NtJAZ1，该基因编码的蛋白具有典型的TIFY结构域和jas结构域，且受茉莉素的诱导表达。通过构建NtJAZ1基因的RNAi转基因载体并转化烟草，成功抑制了NtJAZ1在烟草细胞中的表达，所获得的转基因烟草细胞系的尼古丁含量较野生型明显降低。本发明专利技术为获得低尼古丁含量烟草育种提供了重要的科学依据和技术支撑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烟草尼古丁的合成及调控相关基因，特别涉及调控烟草尼古丁合成的基因在降低烟草尼古丁含量方面的应用。
技术介绍
吸烟严重危害人的身体健康，因而如何减少吸烟的危害已成为各国政府、医学专家、植物学家倾力关注、研究的课题之一。许多世界顶级烟草公司投入巨资对烟草次生代谢物的代谢途径、调控机制进行研究。尼古丁是一种吡啶类生物碱，主要存在于茄科烟草属(Nicotiana)植物中，是烟草体内的一种重要的次生代谢产物。目前对尼古丁生物合成的研究主要集中在克隆其代谢相关的酶并分析其生理和生化特性方面。尼古丁是在植物的根部形成并经过木质部转运到叶片沉积下来。尼古丁合成的前体是基本的氨基酸精氨酸和鸟氨酸以及天门冬氨酸。它们经一系列的代谢合成途径中的关键酶PMT，QPT和MPO等催化 最终生成尼古丁(Chintapakorn and Hamill, 2003. Antisense-mediated down-r e gu I at i onof putrescineN-methyItransferase activity in transgenic Nicotiana tabacum L canlead to elevated levels ofanatabine at the expense of nicotine. Plant MolecularBiology 53:87-105.) 尼古丁生物合成受多种因素的调控，发育调控的激素信号就是很重要的一类。茉莉素(JAs)是茉莉酸及其衍生物的统称，是植物体内起全局调控作用的植物生长调节物质，广泛分布于植物的幼嫩组织、花和发育的生殖器官中。并且在植物受到生物胁迫和非生物胁迫时，JAs还能改变细胞内基因表达和介导植物的防御反应。研究证明尼古丁代谢途径上的关键酶，如MPT，QPT和MPO均受植物伤诱导激素-茉莉素的诱导而表达，从而形成尼古丁。自1962年发现茉莉酸至今，人们对茉莉酸的合成途径已经非常了解，但对茉莉素的信号传导途径及其调控植物的生长发育和应激反应的分子机制并不清楚。2007年三个课题组相继报道在拟南芥中发现了一类新的转录抑制调节子，被命名为荣莉素ZIM结构域蛋白家族(简称JAZ蛋白)。它通过抑制荣莉素响应基因的表达而发挥其生理功倉泛(Chini et al. , 2007. The JAZ family of repressors is the missing linkin jasmonate signalling. Nature 448:U664-U664;Thines et al. , 2007. JAZ repressorproteins are targets of the SCFCOllcomplex during jasmonate signalling. Nature448:U661-U662. ;Yan et al.,2007. A DownstreamMediator in the Growth RepressionLimb ofthe Jasmonate Pathway. Plant Cell 19，2470-2483.)。当没有茉莉素时，JAZ 蛋白的C-端结合在MYC2转录因子的N-端，抑制茉莉素诱导基因的表达；当植物体内有茉莉素存在时，JAZ蛋白同SCFam复合物相互作用，从而导致JAZ蛋白的聚泛素化而被26S蛋白酶体降解，释放出MYC2转录因子激活茉莉素诱导基因的表达。研究尼古丁的代谢调控是非常有意义的一项工作。尼古丁对人体有很强的生理刺激作用，是烟草商业性使用的物质基础。对烟草而言，尼古丁是一种抵御昆虫侵害的防御性物质。在没有受到伤害的烟草植株中，尼古丁含量大约为0.1%-1.0%。受到植食性昆虫侵害或机械损伤后，烟草植株内茉莉素含量可以增加到原来的9倍(Ziegler etal.,2001. Herbivore-1nducedallene oxide synthase transcripts and jasmonic acidin Nicotiana attenuata. Phytochemistry 58:729-738.),而尼古丁含量可以达到 4-10倍(Baldwin, 1998. Jasmonate-1nduced responses arecostly but benefit plants underattack in native populations. Proceedings of the National Academyof Sciences ofthe United States of America 95,8113-8118.)，这个浓度会使大多数食叶性昆虫立即死亡，从而保护受害虫侵害的组织，达到抗虫的目的。实验结果证明茉莉素可以调控尼古丁的生成，但是其分子机制并不清楚。目前，对于JAZ蛋白的研究，在拟南芥中一共发现12个成员，这不难使我们思考，烟草中有没有这样的JAZ蛋白，以及这些蛋白是否参与了茉莉素诱导的烟草尼古丁的合成
技术实现思路
本专利技术的目的在于寻找与烟草尼古丁含量相关的功能基因，进而提供一种降低烟草尼古丁含量的方法，为低尼古丁含量烟草育种提供技术手段。本专利技术的研究发现，烟草中的某些NtJAZs是受茉莉素的诱导而表达。通过RNAi技术在烟草中干扰其各自的表达，获得转基因细胞系，检测发现这些转基因细胞系中尼古丁的含量相对野生型要低很多。由此推测，利用转基因技术，干扰、沉默或敲除某些NtJAZs，可为获得低尼古丁含量烟草育种提供重要的科学依据。鉴于该类基因的应用价值及其利用潜力的应用前景，有必要通过专利加以保护。本专利技术提供的用于降低烟草尼古丁含量的基因属于JAZ家族蛋白基因，来源于烟草(Nicotiana tabacum),命名为NtJAZl,编码下述蛋白质(i)或(ii)⑴序列表中的SEQ ID No 1所示氨基酸序列的蛋白质；(ii)序列表中的SEQ ID No :1所示氨基酸序列经过一至十个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的蛋白质，并且所衍生的蛋白质具有与(i)所述蛋白质相同的功能。序列表中的SEQ ID No 1序列由239个氨基酸残基组成，其中第102位至第107位氨基酸残基是TIFY结构域，第187位至第205位氨基酸残基是jas结构域。所述取代、缺失或添加的一至十个氨基酸残基可以是非上述结构域中的氨基酸残基，其改变不会对该蛋白的功能产生影响。对氨基酸残基进行取代、缺失或添加，以及对相关功能的检测可以通过本领域的常规技术来实现。本专利技术的烟早JAZ蛋白基因NtJAZl可以是其cDNA序列，也可以是基因组DNA序列，或者是与这些序列具有90 %以上同源性且编码相同功能蛋白的DNA序列。例如序列表中SEQID NO 2所示的DNA序列。通过对烟草转录组测序结果进行de novo拼接，利用所获得的烟草转录组数据以及NCBI公布的烟草基因组序列片段和EST片段进行拟南芥同源JAZ的Blast分析，本专利技术的相关研究获得了一系列烟草JAZ蛋白(NtJAZs)成员。其中，设计引物克隆了 NtJAZl的ORF全长序列(SEQ ID NO :2)，其编码的蛋白序列如序列表中的SEQ ID N本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种烟草JAZ蛋白，是下述蛋白质(i)或(ii)：(i)序列表中的SEQ?ID?No：1所示氨基酸序列的蛋白质；(ii)序列表中的SEQ?ID?No：1所示氨基酸序列经过一至十个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的蛋白质，并且所衍生的蛋白质具有与(i)所述蛋白质相同的功能。
【技术特征摘要】
1.一种烟草JAZ蛋白，是下述蛋白质⑴或(ii) (i)序列表中的SEQ ID No I所不氣基酸序列的蛋白质； ( )序列表中的SEQ ID No :1所示氨基酸序列经过一至十个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的蛋白质，并且所衍生的蛋白质具有与(i)所述蛋白质相同的功能。2.—种烟草JAZ蛋白基因，命名为NtJAZl，编码下述蛋白质⑴或(ii) (i)序列表中的SEQID No I所不氣基酸序列的蛋白质； (ii)序列表中的SEQID No :1所示氨基酸序列经过一至十个氨基酸残基的取代、缺失或添加而衍生的蛋白质，并且所衍生的蛋白质具有与(i)所述蛋白质相同的功能。3.如权利要求2所述的烟草JAZ蛋白基因，其特征在于，所述烟草JAZ蛋白基因是所述蛋白质基因的cDNA序列或基因组DNA序列。4.如权利要求3所述的烟草JAZ蛋白基因，其特征在于，所述烟草JAZ蛋白基因的序列如序列表中SEQ ID No :2所示。5.权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩生成，王英典，赵和平，杨玉萍，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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