‘Regal Splendour’ (Hosta variety) is famous for its multi-color leaves, which are useful resources for exploring chloroplast development and color changes. The expressions of chlorophyll biosynthesis-related genes (HrHEMA, HrPOR and HrCAO) in Hosta have been demonstrated to be associated with leaf color. Herein, we isolated, sequenced, and analyzed HrHEMA, HrPOR and HrCAO genes. Subcellular localization was also performed to determine the location of the corresponding enzymes. After plasmid construction, virus-induced gene silencing (VIGS) was carried out to reduce the expressions of those genes. In addition, HrHEMA-, HrPOR- and HrCAO-overexpressing tobacco plants were made to verify the genes function. Changes of transgenic tobacco were recorded under 2000 lx, 6000 lx and 10,000 lx light intensity. Additionally, the contents of enzyme 5-aminolevulinic acid (5-ALA), porphobilinogen (PBG), chlorophyll a and b (Chla and Chlb), carotenoid (Cxc), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), malondialdehyde (MDA), proline (Pro) and catalase (CAT) under different light intensities were evaluated. The silencing of HrHEMA, HrPOR and HrCAO genes can induce leaf yellowing and chloroplast structure changes in Hosta. Specifically, leaves of Hosta with HrCAO silencing were the most affected, while those with HrPOR silencing were the least affected. Moreover, all three genes in tobacco were highly expressed, whereas no expression was detected in wild-type (WT). However, the sensitivities of the three genes to different light intensities were different. The highest expression level of HrHEMA and HrPOR was detected under 10,000 lx of illumination, while HrCAO showed the highest expression level under 6000 lx. Lastly, the 5-ALA, Chla, Cxc, SOD, POD, MDA, Pro and CAT contents in different transgenic tobaccos changed significantly under different light intensities. The overexpression of these three genes in tobacco enhanced photosynthesis by accumulating chlorophyll content, but the influential level varied under different light intensities. Furthermore, HrHEMA-, HrPOR- and HrCAO- overexpressing in tobacco can enhance the antioxidant capacity of plants to cope with stress under higher light intensity. However, under lower light intensity, the antioxidant capacity was declined in HrHEMA-, HrPOR- and HrCAO- overexpressing tobaccos.

中文翻译：

---

叶绿素生物合成相关基因对玉簪 (Hosta plantaginea Aschers) 和烟草 (Nicotiana tabacum L.) 叶色的影响

'Regal Splendour'（玉簪品种）以其多色叶子而闻名，这些叶子是探索叶绿体发育和颜色变化的有用资源。已证明玉簪中叶绿素生物合成相关基因（HrHEMA、HrPOR 和 HrCAO）的表达与叶色有关。在此，我们分离、测序和分析了 HrHEMA、HrPOR 和 HrCAO 基因。还进行了亚细胞定位以确定相应酶的位置。质粒构建后，进行病毒诱导基因沉默（VIGS）以减少这些基因的表达。此外，还制作了过表达 HrHEMA、HrPOR 和 HrCAO 的烟草植物以验证基因功能。在 2000 lx、6000 lx 和 10,000 lx 光强下记录转基因烟草的变化。此外，酶5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）、胆色素原（PBG）、叶绿素a和b（Chla和Chlb）、类胡萝卜素（Cxc）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）的含量，评估了不同光照强度下的脯氨酸（Pro）和过氧化氢酶（CAT）。HrHEMA、HrPOR 和 HrCAO 基因的沉默可以诱导 Hosta 的叶片变黄和叶绿体结构变化。具体而言，HrCAO 沉默的玉簪叶子受影响最大，而 HrPOR 沉默的玉簪叶子受影响最小。此外，烟草中的所有三个基因都高度表达，而在野生型（WT）中未检测到表达。然而，三个基因对不同光强的敏感性不同。在 10,000 lx 光照下检测到 HrHEMA 和 HrPOR 的最高表达水平，而 HrCAO 在 6000 lx 下表达水平最高。最后，不同光强下不同转基因烟草5-ALA、Chla、Cxc、SOD、POD、MDA、Pro和CAT含量变化显着。这三个基因在烟草中的过表达通过积累叶绿素含量来增强光合作用，但在不同光照强度下影响程度不同。此外，烟草中过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 可以增强植物在较高光照强度下应对胁迫的抗氧化能力。然而，在较低光照强度下，过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 的烟草的抗氧化能力下降。在不同光照强度下，不同转基因烟草中Pro和CAT含量变化显着。这三个基因在烟草中的过表达通过积累叶绿素含量来增强光合作用，但在不同光照强度下影响程度不同。此外，烟草中过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 可以增强植物在较高光照强度下应对胁迫的抗氧化能力。然而，在较低光照强度下，过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 的烟草的抗氧化能力下降。在不同光照强度下，不同转基因烟草中Pro和CAT含量变化显着。这三个基因在烟草中的过表达通过积累叶绿素含量来增强光合作用，但在不同光照强度下影响程度不同。此外，烟草中过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 可以增强植物在较高光照强度下应对胁迫的抗氧化能力。然而，在较低光照强度下，过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 的烟草的抗氧化能力下降。在烟草中过表达 HrPOR- 和 HrCAO- 可以增强植物在较高光照强度下应对胁迫的抗氧化能力。然而，在较低光照强度下，过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 的烟草的抗氧化能力下降。在烟草中过表达 HrPOR- 和 HrCAO- 可以增强植物在较高光照强度下应对胁迫的抗氧化能力。然而，在较低光照强度下，过表达 HrHEMA-、HrPOR- 和 HrCAO- 的烟草的抗氧化能力下降。