烟草NtJAR1家族基因的鉴定及生物信息学分析

引用格式：，杨梦璇等．烟草NtJARI家族基因的鉴定及生物信息学分析[J].湖南农业科学，2025（6）：8-15.DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.006.002

中图分类号：S572；Q811.4 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2025）06-0008-08

Identification and Bioinformatics Analysis of NtJAR1 Family Genes in Nicotiana tabacum L.

ZHANG Zhao-ting¹，YANG Meng-xuan²，XU Fang-zheng²，MAO Dong-ping³，LI Shi-jin³， WANG Qian²，XU Gang³，NING Yang²

（1.Xuanzoutictccdstrvelote9;sechd of Agricultural Sciences， Qingdao 266lo1，PRC; 3.Anhui Wannan Tobacco Co.，Ltd.， Xuancheng ，PRC）

Abstract：This study aims to reveal thephytohormone metabolismand stressresponse mechanisms of flue-cured tobacco. Bioinformatictools wereusedtoidentifythejasmonoyl-isoleucinesynthetase （JARl）genesfromthewholegenomedataofNicotiana tabacumL.Thephysicochemical propertiesofthededucedproteins，phylogeneticrelationship，conserveddomains，genetructures， corecis-actingelemntsinthpromoteregiondtransiptioalpaes werealyed.Atotalof1NAgeeseetie inthegenomeofN.tbacumL.andtephylogenetictreeshowedthatesegenes wereclasifiedintotwosubfamilies （and）.The deducedproteishadthelengthsof360630aa，isoelectricpontsof5.566.93，andmolecularweightsof40.2-68.94KDa.They wereamphiphilicproteis withconsistentthemostabityExceptNtAR1-6，NAR1-3，NJAR1-9，andNAR1-12werelocatedin thenucleusotherproteisereintecoplasm.AlltheNJARlgneshadauiqueconseeddomainofteGH3fmily-5os， and2-5intros.TheNtJARlgenefamilymembersdemonstratedatissue-specificexpresionpateinN.tabacumL.Specificaly NtJAR1-5，NA-6，NA-8，NtJAR-10，NA-7ndNJAR-4wereighlyexpressedintheots，whileNA-d NJAR1-12wereghyepresedieave.NAgesespodedtoolds，ih-7-8，Nd NtJAR1-12 being up-regulated under cold stress.

Keywords：JAR1;tobacco （Nicotiana tabacumL.）;cold stress;bioinformaticanalysis;expressonpattern

茉莉酸（Jasmonicacid，JA）是一种广泛存在于植物体内的重要激素，主要参与植物生长和发育的调节[1-2]。作为植物逆境响应的核心信号介质，茉莉酸通过激活萜类、生物碱等防御性次级代谢产物的生物合成通路，协调宿主对植食性昆虫及病原菌的系统性抗性应答[3。茉莉酸－异亮氨酸合成酶（Jasmonoyl-isoleucine synthetase，JAR1）是GH3（GretchenHagen3）酰基酸酰胺合成酶家族第I亚族的成员，在茉莉酸盐生物合成过程中发挥重要作用，其作用机理是植物在遭遇外源性胁迫或内源性信号时，体内的过氧化物酶体会生成JA，进而通过JAR1催化形成茉莉酸－异亮氨酸（JA-Ile）复合物。JA-Ile与茉莉酸受体蛋白COI1结合，解除转录因子MYC2的抑制作用，进而激活下游靶基因的表达，促进多种次级代谢产物的合成，从而启动植物的胁迫应答反应[46] 。

近年来，国内外学者对JAR1基因在不同植物中的功能进行了广泛研究，积累了丰富的理论数据[7-17]。在黄灯笼辣椒中，研究发现CcJARI基因作为茉莉酸-异亮氨酸连接酶基因主要参与抗病分子机制[12]。在水稻中，OsJAR1基因在响应机械损伤和食草性昆虫侵害时发挥关键作用[13]。拟南芥突变体atjarl对病原真菌、害虫和臭氧胁迫的抗性相较于野生型拟南芥均显著下降[14-15]。橡胶树HbJAR1基因在机械损伤、光强刺激、白粉菌感染以及茉莉酸外源处理的诱导下表达上调，并在巴西橡胶树的抗病和感病品种叶片中对CMV感染作出反应[。CaJAR1基因影响辣椒果实的低温敏感性，其表达水平在低温胁迫下上调[17]。番茄中的SUJAR1基因则通过介导茉莉酸信号激活防御反应来应对损伤胁迫[18]。

烟草（NicotianatabacumL.）是重要的经济作物，逆境胁迫常导致其产量和品质下降。目前，NtJARI基因在烟草生长发育及胁迫响应中的功能尚不清楚。为此，研究基于烟草基因组数据，鉴定了NtJAR1基因，并系统分析了其基因结构、进化关系、启动子顺式作用元件、蛋白的理化特性以及表达模式，旨在为深入解析该基因在烟草激素代谢和逆境应答中的功能及调控机制提供数据支持。

1 材料与方法

1.1烟草NtJAR1基因家族成员鉴定

从TAIR 数据库（https：//www.arabidopsis.org/）下载拟南芥AtJAR1家族2个成员（AT2G46370.4、AT4G03400.2）的蛋白序列，以此为模板，在NCBI数据库（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）中利用BLAST方法（E值截断为1e-5）鉴定出普通烟草（Ntab-TN90）中的NtJAR1同源序列，手动去除冗余。将鉴定出的序列用作新的查询序列，进行第二次BLAST搜索，经序列比对和SMART分析（http：//smart.embl-heidelberg.de/），去除未包含NtJAR1家族特异性基序的序列。NtJAR1蛋白质的分子量、等电点和氨基酸数量通过ExPASy工具（https：//web.expasy.org/protparam/）计算得出。通过在线网站（http：//www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/Cell-PLoc-2/）进行NtJAR1蛋白的亚细胞定位预测。

1.2烟草NtJAR1蛋白家族进化关系分析

在NCBI数据库中下载普通烟草（N.tabacum）和番茄（Solanumlycopersicum）的JARi同源基因编码蛋白的氨基酸序列，拟南芥（Arabidopsisthaliana）蛋白序列来源于TAIR数据库。通过MEGA11软件中的MUSCLE程序对拟南芥、番茄、烟草的全部JAR1同源蛋白氨基酸序列进行比对，采用邻接法（Neighbor-Joiningmethod）构建系统发育树，设置默认参数（bootstrap重复次数 =1000 ），利用Evolview（https：//evolgenius.info//evolview-v2/#login）和MicrosoftPowerPoint在线网站对构建好的进化树进行美化与修饰。

1.3烟草NtJAR1基因家族保守基序、基因结构和启动子元件分析

烟草NtJAR1基因保守基序的分析依靠在线网站（http：//meme-suite.org/tools/meme）来实现（参数设置为10），文本化的基因结构域分析结果通过NCBICD-Search下载得到，然后利用TBtools软件生成烟草NtJAR1基因家族内含子/外显子结构图和保守基序图，最后均通过MicrosoftPowerPoint和AdobeIllustratorCC2018进行美化。启动子顺式作用元件选取各基因起始密码子ATG上游 3 000bp 的序列，采用PlantCARE（http：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）预测，通过TBtools以热图形式展示。

1.4烟草JAR1基因家族的基因表达分析

从中国烟草基因数据库的转录组数据库中提取烟草不同发育时期（幼苗期、旺长期、盛花期、打顶后一天）根、叶中NtJAR1基因的FPKM值，利用TBtools软件绘制烟草NtJAR1基因在不同发育时期不同组织中的表达热图。

1.5烟草JAR1基因家族的基因冷胁迫表达分析

为研究烟草NtJAR1基因在冷胁迫条件下的基因表达谱，利用NCBI数据库下载烟草在冷胁迫处理（0、12、 24h ）下的RNA-Seq数据（NCBI中的登录号SRP129465），分析烟草NtJAR1基因在冷胁迫下的表达模式，利用GraphPadPrism10和AdobeIllustratorCC2018绘制统计图。

2 结果与分析

2.1烟草NtJAR1基因家族成员鉴定

通过相关筛选和验证，最终在NCBI数据库中鉴定到12条烟草NtJAR1候选蛋白序列。根据基因序号的排布顺序将12个烟草NtJAR1同源基因分别命名为NtJAR1-1＼～NtJAR1-12。烟草NtJAR1蛋白的理化性质分析结果（表1）显示：其蛋白质的长度为 360～ 630个氨基酸；蛋白质等电点差异不大，介于 5.56～ 6.93之间；蛋白质分子质量范围为 40.22～68.94kDa 。除了NtJAR1-2、NtJAR1-3、NtJAR1-9和NtJAR1-12的蛋白质属于不稳定蛋白质（不稳定系数大于40）外，其他蛋白质均属于稳定蛋白质。所有烟草NtJAR1蛋白的脂肪指数均在80以上，说明蛋白的热稳定性一致。所有NtJAR1蛋白的平均疏水指数（GRAVY）在 -0.5～0.5 之间，属于两性蛋白。亚细胞定位预测结果显示，除NtJAR1-3、NtJAR1-6、NtJAR1-9和NtJAR1-12位于细胞核中之外，其余蛋白质均定位在细胞质中。

2.2烟草NtJAR1蛋白家族成员的进化关系

为进一步揭示NtAR1蛋白家族的系统发育关系，将拟南芥中的2个AtJAR1、番茄中的8个SIJAR1、烟草中的12个NtJAR1进行比对并构建系统发育进化树。结果（图1）表明，12个烟草NtAR1家族成员被聚类为2个组，其中NtJAR1-2、NtJAR1-3、NtAR1-9和NtJAR1-12聚类为I，NtJAR1-1、NtJAR1-4＼～NtJAR1-8、NtJAR1-10和NtJAR1-11聚类为Ⅱ组，表明烟草NtAR1成员在功能上可能产生了分化；NtJAR1-2、NtJAR1-3、NtJAR1-9和NtJAR1-12与AtGH3.11进化关系较近，同在I组内，可能具有相似的生物学功能；而NtAR1-1、NtJAR1-4＼～NtJAR1-8、NtJAR1-10和NtJAR1-11则与SIJAR1家族成员进化关系更近。