《BMC Plant Biology》：Functional and regulatory mechanisms of the NtPPO5 gene in the browning reaction of tobacco
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烟草NtPPO5基因调控褐变机制研究显示，过表达加剧褐变而敲除抑制褐变，通过降低PPO活性、上调SOD活性及优化苯丙酸代谢通路实现，为烟叶加工提供理论依据。
摘要
烟草（Nicotiana tabacum L.）是一种重要的经济作物，但在烘烤过程中经常会出现过度的酶促褐变现象，这对其叶片颜色和商业价值产生负面影响。在这项研究中，我们构建了NtPPO5（Nitab4.5_0003171g0010.1）基因的过表达和敲除载体，并培育出转基因烟草植株，以探究NtPPO5在烘烤引起的褐变中的作用。农艺性状的研究表明，NtPPO5对植株高度和叶面积具有正向调控作用。烘烤实验表明，NtPPO5的过表达会加剧酶促褐变，而NtPPO5的敲除则能有效控制这一反应。为阐明其背后的机制，我们进行了酶活性测定、生理和生化测量以及非靶向代谢组学分析。结果表明，NtPPO5的敲除显著降低了多酚氧化酶（PPO）的活性，同时诱导了超氧化物歧化酶（SOD）活性的补偿性上调。此外，过氧化物酶（POD）的活性在敲除株与野生型品种Cuibi-1（CB-1）之间存在明显差异。代谢组学分析显示，在烘烤过程中参与酶促褐变的关键酚类底物水平发生了显著变化，尤其是莽草酸和苯丙酸类化合物，这些化合物主要富集在黄酮类生物合成途径（map00941）中。NtPPO5的敲除通过调节前体物质的可用性和代谢流，优化了黄酮类生物合成途径，增强了抗氧化防御能力，并减少了烘烤引起的褐变。本研究为减轻烟叶烘烤过程中的褐变提供了理论依据和实践指导，对优化烘烤工艺具有重要的参考价值。
烟草（Nicotiana tabacum L.）是一种重要的经济作物，但在烘烤过程中经常会出现过度的酶促褐变现象，这对其叶片颜色和商业价值产生负面影响。在这项研究中，我们构建了NtPPO5（Nitab4.5_0003171g0010.1）基因的过表达和敲除载体，并培育出转基因烟草植株，以探究NtPPO5在烘烤引起的褐变中的作用。农艺性状的研究表明，NtPPO5对植株高度和叶面积具有正向调控作用。烘烤实验表明，NtPPO5的过表达会加剧酶促褐变，而NtPPO5的敲除则能有效控制这一反应。为阐明其背后的机制，我们进行了酶活性测定、生理和生化测量以及非靶向代谢组学分析。结果表明，NtPPO5的敲除显著降低了多酚氧化酶（PPO）的活性，同时诱导了超氧化物歧化酶（SOD）活性的补偿性上调。此外，过氧化物酶（POD）的活性在敲除株与野生型品种Cuibi-1（CB-1）之间存在明显差异。代谢组学分析显示，在烘烤过程中参与酶促褐变的关键酚类底物水平发生了显著变化，尤其是莽草酸和苯丙酸类化合物，这些化合物主要富集在黄酮类生物合成途径（map00941）中。NtPPO5的敲除通过调节前体物质的可用性和代谢流，优化了黄酮类生物合成途径，增强了抗氧化防御能力，并减少了烘烤引起的褐变。本研究为减轻烟叶烘烤过程中的褐变提供了理论依据和实践指导，对优化烘烤工艺具有重要的参考价值。
