[发明专利]普通烟草类异黄酮还原酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，涉及一种烟草基因，还涉及该基因的应用。

背景技术

烟草是双子叶植物纲管花目茄科烟草属植物。烟草属(Nicotiana)有60多个种，2个栽培种中普通烟草(又称红花烟草，Nicotiana tabacum)占据主要面积，黄花烟草(Nicotiana rustica)的面积很小。栽培烟草按烟叶品质特点、生物学性状和栽培调制方法等可分为烤烟、晒烟、晾烟、白肋烟、香料烟和黄花烟六个类型，其中烤烟是栽培最广的普通烟草。我国烤烟种植面积和总产量均居世界第一位。作为一种叶用经济作物，烤烟的栽培技术有别于其它大田作物，不仅要求有一定的烟叶产量，而且更注重烟叶品质。烟叶品质决定烟叶的可用性，直接影响卷烟商品的色、香、味和商品价值，也关系到烟农的经济效益，是烟草行业的生命和出发点。为使在未来的国内外市场竞争中立于不败之地，满足国内外卷烟企业对优质烟叶不断增长的需求，必须提高烟叶品质和安全性。

烟碱(又称尼古丁，nicotine)是影响烟叶品质和安全性的最主要因素之一。适量的烟碱将给吸食者以适当的生理强度和好的香气与吃味，导致中枢神经适度的兴奋和松弛，使人精神振奋、心情舒畅、情绪稳定；过量的烟碱则刺激性过强，有害身体健康。此外，烟碱含量还要与烟草中其它化学成分含量保持比例协调，才能产生好的综合质量，例如水溶性糖与烟碱的比例常用来评价烟草的劲头和舒适程度。因此，适宜的烟碱含量是优质低害烟叶生产所追求的目标，也是摆在烟草科技工作者面前的一项紧迫任务。

目前公认的优质低害烤烟烟叶化学成分为：总糖18％-22％，还原糖16％-18％，还原糖/总糖比≥0.9，总氮1.5％-3.5％，蛋白质7％-9％，烟碱1.5％-3.5％，还原糖/烟碱比8-12，氮碱比为1或略小于1，钾≥2％，氯≤1％，钾/氯比＞4。我国烤烟烟叶的外观质量目前己经基本达到或接近国际优质烟叶标准，但烟叶化学成分的协调性不够，尤其是中上部烟叶，突出表现为烟碱含量偏高，衡量烟叶化学成分协调性的主要指标(还原糖/烟碱比、氮碱比)不符合优质烟叶的标准。因此，降低中上部烟叶的烟碱含量，改善烟叶化学成分的协调性，以增加烟叶的工业可用性，提高烟叶的安全性，是烟草品质改良的重点。

在常规技术措施降碱作用有限的条件下，用基因工程的手段将编码烟碱合成的限速酶或具有调解功能的酶的基因导入烟草中，培育低烟碱优质烟草品种，是一条很有前景的新途径。目前知道腐胺-N-甲基转移酶(PMT)和喹啉酸磷酸核糖转移酶(QPT)是烟碱2个中间体生物合成中的最大限速酶，其他底物或酶在某些情况下具有调节作用，但对其调控机制缺乏深入了解。烟碱的合成是由烟酸与吡咯环结合而完成的，这个过程由烟碱合成酶所催化，目前尚未能对此酶进行分离和定性，因此关于烟碱最终合成的机理以及调节机制尚不清楚。此外，烟草目前多作为模式作物而不是目的植物用于基因工程研究，虽然抗性植物基因工程的研究成果可以直接应用于烟草的抗性育种，但品质改良基因工程的研究成果大多对烟草品质育种意义不大，这是因为，一方面对烟草自身生理代谢的分子机制缺乏深入的研究，另一方面烟草不同于常规农作物，其品质优劣主要取决于烟草内烟碱、糖、酸、醇、脂、色素、无机物等物质的综合作用。因此，有必要进行烟草烟碱生物合成相关基因的克隆并转化烟草进行功能验证，对烟草烟碱生物合成的分子机制进行深入的研究，为烟草品质的基因工程改良提供新的策略，推进低烟碱优质烟草的分子育种。

另外，经全国烟草侵染性病害调查，烟草真菌性病害在中国已发现28种，约占全球已知烟草侵染性病害的47.5％，所造成的经济损失占烟草侵染性病害所致总损失的37.8％，居各类病害之首。而且近年来烟草真菌性病害有加重趋势，严重影响烟草产质量和种烟收益。在当前烤烟生产上，病虫害的防治仍在很大程度上依赖于化学药剂，农药施用量过大、施用次数偏多，且多以高毒农药为主(特别是杀虫剂)，滥用农药现象严重，这给烤烟生产带来了不小的副作用，主要表现在以下几个方面：增加生产成本；使病原菌发生生理小种变化或害虫产生抗药性，造成病害的大发生；破坏生态平衡，杀死天敌，降低天敌的自然控制作用；增加农药残留，降低烟叶安全性。因此，挖掘与烟草抗真菌病害有关的功能防卫基因，通过遗传工程修饰进行烟草抗病性改良，增强烟草对真菌性病害的防卫能力，以降低农药施用量，提高烟叶的安全性，对于烟草行业的可持续健康发展具有重要的理论和现实意义。

发明内容