Nicotiana TabacumのPutrescine N-Methyltransferaseをコードする遺伝子ファミリーの構造と発現：栽培されたタバコの進化的起源の新しい手がかり

ニコチンおよび関連するアルカロイドの生合成に向けてポリアミン代謝を迂回させる重要な酵素である、プトレシンN-メチルトランスフェラーゼ（PMT）をコードする遺伝子ファミリーの構造と核ゲノム組織をニコチアナタバカムで調べました。PMTをコードする5つの遺伝子がN. tabacumゲノムに存在し、すべてが発現しています。完全なコーディング領域と即時5'および3'-隣接領域は、遺伝子ファミリーの4人のメンバーに対して特徴付けられ、ファミリーの5番目のメンバーのエクソン1領域が決定されました。N. tabacum PMT遺伝子のヌクレオチドと推定された前駆種種、N。sylvestris、N。mentosiformis、およびN. otophoraの比較は、N。abacumPMT遺伝子ファミリーの3人のメンバーが最も似ていることが明らかになりました。N. sylvestrisに存在する3つの遺伝子に対して、残りの2つのPMT遺伝子は、それぞれN. tomentosiformisとN. otophoraゲノムに存在するPMT遺伝子に類似していた。これらのデータは、N。sylvestrisとN. tomentosiformisとN. otophoraの間の抑制されたハイブリッドを含む十字に起因するN. tabacumの進化的起源と一致しています。N. tabacumに存在する5つのPMT遺伝子は、野生型植物の根で発現していますが、他の臓器では発現していません。5つのPMT転写産物すべての定常状態レベルは、個々の転写産物の誘導の最大レベルは大きく異なりますが、トッピング後の根で一時的に根が増加します。野生型植物とは対照的に、バーリー21の低アルカロイド（NIC1NIC2）変異体でPMT転写産物レベルの増加は観察されませんでした。これらのデータは、タバコにおけるアルカロイド形成の世界的な調節におけるNIC1とNIC2の役割をサポートし、提供します。栽培されたタバコの推定起源の初めての分子確認。

The structure and nuclear genomic organization of the gene family encoding putrescine N-methyltransferase (PMT), the key enzyme in diverting polyamine metabolism towards the biosynthesis of nicotine and related alkaloids, was examined in Nicotiana tabacum. Five genes encoding PMT are present in the N. tabacum genome and all are expressed. The complete coding region and immediate 5'- and 3'- flanking regions were characterized for four members of the gene family and the Exon 1 region of the fifth member of the family was determined. Comparison of the nucleotide and deduced amino acid sequences of the N. tabacum PMT genes with those of presumed progenitor species, N. sylvestris, N. tomentosiformis and N. otophora, revealed that three members of the N. tabacum PMT gene family were most similar to the three genes present in N. sylvestris, whereas the two remaining PMT genes were similar to PMT genes present in N. tomentosiformis and N. otophora genomes, respectively. These data are consistent with an evolutionary origin of N. tabacum resulting from a cross involving N. sylvestris and an introgressed hybrid between N. tomentosiformis and N. otophora. The five PMT genes present in N. tabacum are expressed in the roots of wild-type plants, but not in other organs. The steady-state level of all five PMT transcripts is transiently increased in roots following topping (removal of the floral meristem), although the maximum level of induction for the individual transcripts varies considerably. In contrast to wild-type plants, no increase in PMT transcript levels was observed in a low-alkaloid (nic1nic2) mutant of Burley 21. These data support a role for nic1 and nic2 in the global regulation of alkaloid formation in tobacco and provide for the first time molecular confirmation of the presumed origin of cultivated tobacco.