萜类物质是广泛存在于自然界中的一类化合物,具有广泛的生理功能,在植物生长发育的中发挥着不可或缺的作用。2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸途径(2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphate,MEP)是植物中萜类物质合成的主要途径,DXS(1‐deoxy‐D‐xylulose 5‐phosphate synthases)基因是整个合成途径的关键酶和限速酶,负责调控萜类物质在植物中的合成速率。而萜类物质是烟草香气物质的重要组成成分,通过对DXS基因的研究,可以增加对MEP途径的萜类物质合成的调控,进而改善烟草中作为香气物质的主要成分提高烟草的品质。基于公共数据平台的已知信息,本研究借助生物信息学和比较基因组学的方法,对9个植物物种的DXS基因的特征特性和进化方式进行了分析。同时根据烟草中的转录组数据,对DXS基因在烟草中表达模式进行研究,这对萜类物质在烟草中的合成以及提高烟草品质具有重要作用。对于DXS基因的特征特性研究结果如下:(1)基因组和基因组中各元件特性呈现多样性。其中外显子和编码序列CDS的平均长度浮动范围较小,但是其它元件的特征特性仍存在较大差异。本研究所选的9个物种中的各元件数量、总长度和平均长度因基因组的不同而存在多元性。(2)通过比较基因组学的方法,以拟南芥中的DXS基因作为参考序列,在9个植物物种中共得到29个DXS基因,每个物种包含2~4个DXS基因。(3)对所有DXS基因的进化树构建和系统发育分析表明,整个DXS家族成员共分为三个进化枝。第一个分枝Clade I和第二个分枝Clade II中各11个成员,第三个分枝中Clade III含有7个成员。烟草中DXS基因在3个分枝中都有所分布,各分枝中烟草的DXS成员均与茄科其它作物的亲缘关系较近。(4)在9个植物物种中,所有DXS基因的物理特性呈现高度的保守性。所鉴定出的家族成员氨基酸残基数量大多在700~730的范围内,大部分等电点在6~7的范围内,蛋白质分子量范围为63148.46~79505.87Da。个别成员的指标会部分偏离上述范围,可能是由于基因序列的部分变化,导致序列多样性。(5)结合DXS家族特殊结构域和蛋白保守基序,本研究对DXS家族的基因的序列组成特性分析表明,29个成员均含有8个motif,烟草NtDXS3不含motif3,NtDXS1不含motif2,可能是进化过程中发生了基因丢失。DXS家族的三个特殊结构域DXP_Synthase_N、TPP_PYR_DXS_TK_like和Transketolase_C在所有成员中均存在,这种高度的保守性说明这些序列在植物的生长发育过程中发挥着不可替代的作用。(6)在DXS的基因结构表明,同一个进化枝中的DXS基因,它们不同元件的位置、数量和长度呈现高度的相似性和保守性,整条基因的长度在同一个分枝中无大差异,内含子的数量基本相同,有些含有9个内含子的序列可能发生了部分丢失。(7)经过PAML对DXS基因的分子进化分析,在自然选择过程中,所有DXS基因呈现出强烈的纯化选择作用。家族成员的同义替换数量多于非同义替换,大多数情况下,并没有出现基因的新功能化,并且保持蛋白质的结构不变。对于烟草中DXS基因对于萜类物质合成途径的表达调控结果如下:烟草DXS基因在茎尖中的表达量最高,在根中的表达量最低,可能与光合生物体的初级代谢有关。通过对烟草在低温胁迫下DXS基因的表达水平分析,低温状态下,所有DXS基因的表达量均有所下降,主要是由于低温影响了光合作用的速率,进而导致DXS基因的表达水平下降。