类胡萝卜素（Carotenoid）是烟草中一种重要的萜烯类化合物。新鲜烟叶中的类胡萝卜素主要有叶黄素、新黄质、紫黄质和β-胡萝卜素，它们在烟草的生长、烤制和调制过程中起着重要的作用，其含量不仅与烟叶的光泽、色泽相关，也影响着烟叶的香味品质。类胡萝卜素裂解的产物是烟叶致香的重要成分，包括紫罗兰酮、大马酮等，这些物质香味阈值很低、刺激性小、对香味贡献比较大。　　类胡萝卜素双加氧裂解酶（Carotenoid cleavage dioxygenases，CCDs）是一类能在不同双键处裂解植物中不同类胡萝卜素的酶，产物为脱辅基类胡萝卜素。这些物质有些参与植物的生长发育过程的调节，如脱落酸和独脚金内酯；有些是花和果实颜色、风味及香味成分，如具有经济价值的红木素、藏红花苷，阈值很低的香味成分β-紫罗兰酮、香叶基丙酮等。CCDs是一个古老的基因家族，目前发现有九个成员，活性区域具有很强的保守性，其中CCD1主要作用于类胡萝卜素的9-10/9‘-10‘、C5-C6C5‘-C6‘和C7-C8C7‘-C8‘双键处，分别生成C13β-ionone、C86-methyl-5-hepten-2-one和C10 geranial。　　本文以栽培烟草品种沙姆逊（Samsun）为材料克隆NtCCD1和NtCCD4基因，并对其序列和功能进行分析研究，结果如下：　　（1）烟草中有两个NtCCD1（NtCCD1A和 NtCCD1B）基因和一个NtCCD4基因。多序列比对表明NtCCD1和NtCCD4蛋白含有多个保守域和实现功能必须的4个组氨酸，它们都是水溶性蛋白。NtCCD1催化生物反应的场所在细胞质，NtCCD4定位在质体上。三维结构预测表明目的蛋白由4个α螺旋，30个β折叠片以及一些无规则卷曲组成，预测结果与玉米VP14蛋白的三维结构相似。qRT-PCR检测烟草不同组织中NtCCD1和NtCCD4的表达情况，结果表明除了NtCCD1B基因，NtCCD1A基因和NtCCD4基因在根、茎、叶和花中均有表达，NtCCD4在叶中的表达量最高，其次是花中；NtCCD1A在叶和花中的表达量比较高，然而NtCCD1B在根中几乎不表达。　　（2）构建NtCCD1基因的原核表达载体，诱导后能够表达可溶性的融合蛋白，大小为80KDa左右。在通过基因工程技术改造能合成番茄红素、β-胡萝卜素和玉米黄素的菌株中诱导NtCCD1蛋白表达，与对照比较，菌体的颜色放生了明显的变化，浅红色、黄色和浅黄色消失或变淡，说明NtCCD1蛋白能裂解番茄红素、β-胡萝卜素和玉米黄素。提取诱导目的基因表达后合成β-胡萝卜素的菌体中色素，用HPLC测定峰值，β-胡萝卜素消失，进一步说明了NtCCD1的裂解功能。　　（3）采用农杆菌介导方法转化烟草，得到T0代转基因苗，收获种子并获得T1代幼苗，通过qRT-PCR验证获得3株NtCCD1A和5株NtCCD1B转基因苗，测定烟叶中的胡萝卜素、叶黄素和类胡萝卜素总含量，与对照相比，超表达植株中的类胡萝卜素在个别植株中显著下降，但是也有含量显著升高的植株，说明NtCCD1表达量会引起体内类胡萝卜素的变化，但是这种变化取决于基因的表达量，过低或者过高的增量表达所导致的结果不同，并没有和表达量呈一定规律。