烟草作为主要的经济作物,在种植过程中易遇到干旱、低温、低钾等环境胁迫。水通道蛋白(aquaporin,AQP)是植物中主要的膜内在蛋白,能调控植物的开花、气孔运动、细胞伸长与分化、逆境胁迫等生长发育过程。挖掘烟草中潜在的AQP抗性基因有利于烟草种植的遗传改良进而提高烟草的质量和产量。本研究利用普通烟草K326的基因组信息鉴定AQP基因家族,并对该家族成员命名分组、理化性质预测、进化关系和表达模式分析,为烟草AQP的基因挖掘和功能分析奠定数据基础。结果如下:1、烟草中鉴定到101个NtAQPs基因。对拟南芥、水稻、杨树和烟草的AQP蛋白构建进化树,结果显示,NtAQPs分为PIP、TIP、NIP、SIP和XIP五个亚家族,再次细分为:2个PIP亚组、5个TIP亚组、7个NIP亚组、2个SIP亚组和2个XIP亚组。2、各亚家族成员的氨基酸结构相对保守。多序列比对显示,大多数NtAQPs含有2个NPA基序、相对保守的芳香族/精氨酸(Ar/R)选择过滤位点和Froger位点。多数NtAQPs定位于质膜和液泡膜上,而NtPIP1-13和NtPIP1-15位于内质网上。TMHMM Server预测显示,NtAQPs存在2~8个跨膜区域,以6个跨膜区域为主。NtAQPs主要由α螺旋、不规则卷曲和伸展链组成,而一些NtNIPs还有少量的β转角。3、相同亚家族NtAQPs的基序和基因结构具有相似性,而少数成员的变化规律不一致。基因组定位显示,NtAQPs在多数染色体上不均匀分布,Chr02上的NtPIP2-3/NtPIP2-6和scaffold上的NtPIP2-13/NtPIP2-15、NtTIP1-6/NtTIP1-8、NtNIP1-3/NtNIP2-1基因对发生串联重复事件。4、10组基因对存在共线性关系,且大部分基因对由于结构相似可能在进化中具有相似的功能。其中NtXIP2-2/NtXIP3-3/NtXIP3-4存在多重共线性关系,但由于基因结构和表达模式不同而出现功能分化。NtAQPs的启动子区域含有与激素响应相关、非生物胁迫相关和生物钟调控相关的顺式作用元件,其中与植物激素、厌氧诱导和光应答相关的顺式作用元件分布最为广泛。5、NtAQPs在不同时间的根、茎、茎尖中具有多样的表达模式。串联重复的NtPIP2-3/NtPIP2-6和共线性的NtTIP4-1/NtTIP4-2基因对在三种组织中表达模式相似,这些基因可能在不同组织中具有相同的运输活性。而NtTIP2-9/NtTIP2-10、NtTIP2-11/NtTIP2-12等共线性关系的基因对易在茎尖发生功能分化。NtPIP1-10、NtPIP2-3、NtPIP2-5、NtPIP2-6等基因由于在低钾培养基中高度表达而被视为低钾胁迫应答基因。