烟草是茄科烟草属植物,具有极高的药用价值和经济价值,烟草产业也为我国财政收入做出了巨大贡献。烟草的产量和品质直接影响了其价值。烟草生长至一定阶段,就会由营养生长转变为生殖生长,此时烟草体内大部分的营养物质就会被运输至顶端,叶片、茎、根系生长滞后,而烟草的主要利用价值在于叶片,为了使烟草在栽培中一直进行营养生长,多年来人们探索出来的最有效的也是运用最广泛的方法是打顶,原理是在烟草长出花序后的一段时间内,人为将其摘除,去除顶端优势,这样烟草就会不再进行生殖生长,从而使养分都分配到叶片之中,获得品质更好的烟叶。烟株对打顶伤害会产生多种生理响应,如植物激素源改变、根系二次生长、烟碱含量增加等。烟草 bHLH(basic/helix-loop-helix,bHLH)转录因子 PRE1(paclobutrazol resistance1)在植物体内可以整合多种激素信号调控细胞的伸长。我们检测到烟草打顶会促进PRE1的表达明显升高,推测其与烟草打顶后叶子的生长和根系的伸长有关,为了探究其对烟草生长发育的作用,本课题从烟草栽培品种K326(Nicotiana tabacum L.cv K326)中克隆得到NtPRE1基因,对其进行生物学功能分析,具体研究结果如下:(1)克隆得到NtPRE1基因,进行生物信息学分析。NtPRE1属于烟草bHLH家族PRE亚族,全长1931bp,是编码93个氨基酸的多肽,具有bHLH典型的螺旋-环-螺旋三级结构,但是没有DNA结合域,NtPRE1可以与其他蛋白质结合从而间接调控植物的生长发育。NtPRE1启动子分析发现,除了具有植物基因中常见的顺式作用元件外,还有很多与植物激素、非生物胁迫相关的应答元件,如响应GA、MeJA、IAA、ABA、低温和干旱诱导有关的顺式作用元件,表明其可以整合多种激素信号调节植物的生长发育。(2)运用qPCR技术,对NtPRE1基因在胁迫处理之后烟草中的相对表达量进行研究,结果表明:NtPRE1在烟草的不同生长时期存在组织特异性表达,并且在GA、IAA、打顶处理时,PRE1表达水平上调,MeJA、ABA、干旱处理时,PRE1表达水平下调,说明NtPRE1可能参与不同的信号途径,在植物生长发育过程中发挥重要作用。(3)为研究NtPRE1的功能,构建了 PRE1的过表达和沉默载体,采用农杆菌叶盘转化法转化烟草K326植株。在DNA和RNA水平验证后,对其进行了表型初步分析。结果表明,与非转基因植株相比,PRE1过表达植株的根系生长发育好,株高较高,但叶片较狭窄;XTH31、EXPA1、EXPA2、RLK、LTP等与植物细胞伸长有关基因的相对表达量也相应升高,表明PRE1基因整合多种激素信号后,会激活多种基因的表达从而共同促进烟草的生长发育。