NtALS1 is specifically expressed in glandular trichomes, and can improve the content of acylsugars in tobacco. The glandular trichomes of many species in the Solanaceae family play an important role in plant defense. These epidermal outgrowths exhibit specialized secondary metabolism, including the production of structurally diverse acylsugars that function in defense against insects and have substantial developmental potential for commercial uses. However, our current understanding of genes involved in acyl chain biosynthesis of acylsugars remains poor in tobacco. In this study, we identified three acetolactate synthase (ALS) genes in tobacco through homology-based gene prediction using Arabidopsis ALS. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and tissue distribution analyses suggested that NtALS1 was highly expressed in the tips of glandular trichomes. Subcellular localization analysis showed that the NtALS1 localized to the chloroplast. Moreover, in the wild-type K326 variety background, we generated two ntals1 loss-of-function mutants using the CRISPR-Cas9 system. Acylsugars contents in the two ntals1 mutants were significantly lower than those in the wild type. Through phylogenetic tree analysis, we also identified NtALS1 orthologs that may be involved in acylsugar biosynthesis in other Solanaceae species. Taken together, these findings indicate a functional role for NtALS1 in acylsugar biosynthesis in tobacco.

中文翻译：

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毛状体特异性乙酰乳酸合酶 NtALS1 基因参与烟草 (Nicotiana tabacum L.) 中的酰基糖生物合成

NtALS1在腺毛中特异性表达，可提高烟草中酰基糖的含量。茄科许多物种的腺毛在植物防御中起重要作用。这些表皮生长物表现出特殊的次生代谢，包括产生结构多样的酰基糖，这些酰基糖具有防御昆虫的功能，并具有商业用途的巨大发展潜力。然而，我们目前对涉及酰基糖的酰基链生物合成的基因的理解在烟草中仍然很差。在这项研究中，我们使用拟南芥 ALS 通过基于同源性的基因预测鉴定了烟草中的三个乙酰乳酸合酶 (ALS) 基因。定量实时 PCR (qRT-PCR) 和组织分布分析表明 NtALS1 在腺毛的尖端高度表达。亚细胞定位分析表明，NtALS1 定位于叶绿体。此外，在野生型 K326 品种背景中，我们使用 CRISPR-Cas9 系统生成了两个 ntals1 功能丧失突变体。两个ntals1突变体中的酰基糖含量显着低于野生型。通过系统发育树分析，我们还鉴定了可能参与其他茄科物种酰基糖生物合成的 NtALS1 直系同源物。总之，这些发现表明 NtALS1 在烟草中酰基糖生物合成中的功能性作用。在野生型 K326 品种背景中，我们使用 CRISPR-Cas9 系统生成了两个 ntals1 功能丧失突变体。两个ntals1突变体中的酰基糖含量显着低于野生型。通过系统发育树分析，我们还鉴定了可能参与其他茄科物种酰基糖生物合成的 NtALS1 直系同源物。总之，这些发现表明 NtALS1 在烟草中酰基糖生物合成中的功能性作用。在野生型 K326 品种背景中，我们使用 CRISPR-Cas9 系统生成了两个 ntals1 功能丧失突变体。两个ntals1突变体中的酰基糖含量显着低于野生型。通过系统发育树分析，我们还鉴定了可能参与其他茄科物种酰基糖生物合成的 NtALS1 直系同源物。总之，这些发现表明 NtALS1 在烟草中酰基糖生物合成中的功能性作用。