調(diào)控超長鏈脂肪酸合成關(guān)鍵基因?qū)χ参锓N子中脂肪酸組成的影響.pdf

1、超長鏈脂肪酸(Very Long Chain Fatty Acids，VLCFAs)是指碳原子數(shù)目超過18的脂肪酸。這類脂肪酸是真核生物必需的組成成分，其碳鏈的長度、不飽和程度以及頭部結(jié)構(gòu)的極性，為超長鏈脂肪酸的結(jié)構(gòu)和功能的多樣性提供了基礎(chǔ)，在生物體中具有廣泛的生理功能。除此之外，超長鏈脂肪酸還是重要的化工原料，在工業(yè)、醫(yī)療、保健等領(lǐng)域具有不同的應(yīng)用價(jià)值。植物油作為清潔能源成為了超長鏈脂肪酸生產(chǎn)的主要原料，提高植物種子中超長鏈脂肪酸的含

2、量也成為了重要的育種目標(biāo)。
　　本研究通過調(diào)控植物中超長鏈脂肪酸合成途徑上的關(guān)鍵基因，來影響其種子中的脂肪酸組成，為提高植物種子中超長鏈脂肪酸的含量提供參考依據(jù)。我們以芥酸和神經(jīng)酸為例，針對其合成途徑的關(guān)鍵基因開展了研究，得到了以下結(jié)果:
　　1.從甘藍(lán)型油菜基因組中克隆得到了FAE1基因在A、C基因組中相對應(yīng)的拷貝BnaA.FAE1和BnaC.FAE1。序列比對發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)拷貝的DNA序列之間存在21個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，但只有5個(gè)

3、造成了氨基酸位點(diǎn)的差異。將克隆得到的BnaA.FAE1和BnaC.FAE1在亞麻薺種子中特異表達(dá)，發(fā)現(xiàn)異源表達(dá)BnaA.FAE1的種子中C22∶1含量比異源表達(dá)BnaC.FAE1的種子中含量高，而異源表達(dá)BnaC.FAE1的種子中C22∶0的含量比異源表達(dá)BnaA.FAE1的種子高，說明BnaA.FAE1對單不飽和脂肪酸的親和力可能比BnaC.FAE1高，而BnaC.FAE1對飽和脂肪酸的親和力可能比BnaA.FAE1高。但在擬南芥fa

4、d2/fae1雙突變體和酵母細(xì)胞中表達(dá)這兩個(gè)基因時(shí)時(shí)，沒有觀察到類似的現(xiàn)象。對甘藍(lán)型油菜祖先種白菜型油菜和甘藍(lán)種子脂肪酸組成的分析，也沒有觀察到類似的差異。
　　2.利用油酸含量高且多不飽和脂肪酸含量低的甘藍(lán)型油菜與高芥酸油菜雜交，將突變的FAD2和FAD3基因?qū)敫呓嫠嵊筒说幕蚪M中，培育芥酸含量高且多不飽和脂肪酸含量低的油菜。為了避免向高芥酸油菜中導(dǎo)入突變的FAE1基因，我們開發(fā)了BnFAE1基因的共顯性標(biāo)記，并結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室已

5、開發(fā)的BnFAD2和BnFAD3的分子標(biāo)記，在F2群體中篩選得到了2株芥酸含量高且多不飽和脂肪酸含量低的油菜單株。通過對其后代連續(xù)觀察和芥酸測定，確認(rèn)我們得到了C18∶2含量低于10％，亞麻酸含量低于5％，芥酸含量高于40％的高芥酸、低多不飽和脂肪酸的甘藍(lán)型油菜，并驗(yàn)證了這3個(gè)分子標(biāo)記的準(zhǔn)確性。
　　3.我們在甘藍(lán)型油菜種子中超表達(dá)BnFA E1基因，可以將芥酸的含量由47％提高到了60％。在甘藍(lán)型油菜種子中反義抑制BnFAD2基

6、因的表達(dá)，可將亞油酸的含量從12％降低到了7-8％，并且提高了油酸和芥酸的含量。將BnFAE1超表達(dá)油菜株系與反義抑制BnFAD2表達(dá)油菜株系雜交，在其F2單株中獲得了芥酸含量超過BnFA E1超表達(dá)油菜親本的單株，芥酸含量最高達(dá)到63％。在甘藍(lán)型油菜中表達(dá)來自酵母的LPAAT基因SLC1和SLC1-1，以及甘藍(lán)的BoLPAT基因，都不能在甘油骨架的sn-2位添加芥酸。在甘藍(lán)型油菜種子中共表達(dá)來自荷包蛋花的LdLPAAT和BnaA.FA

7、E1可以顯著提高油菜種子中芥酸的含量。將LdLPAAT和BnaA.FAE1以及BnLPAAT的RNAi抑制表達(dá)盒結(jié)構(gòu)在油菜種子中共表達(dá)，同樣可以提高種子中芥酸含量。
　　4.我們調(diào)查了脂肪酸碳鏈酶中KCR、HCD和ECR與KCS相結(jié)合對超長鏈脂肪酸生產(chǎn)的作用。我們將銀扇草中能夠生成神經(jīng)酸的LaKCS在亞麻薺種子中表達(dá)，可以在亞麻薺種子中合成其原本沒有的神經(jīng)酸，最高含量可以達(dá)到12％。將LaKCS與擬南芥中的AtKCR、AtHCD和

8、AtECR中的每個(gè)基因分別組合，構(gòu)建3個(gè)種子特異雙基因共表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化亞麻薺，發(fā)現(xiàn)其種子中神經(jīng)酸的含量并沒有得到進(jìn)一步地提高。將LaKCS和AtKCR以及AtHCD一起在亞麻薺種子中共表達(dá)，仍然不能進(jìn)一步提高神經(jīng)酸的含量。對發(fā)育種子脂肪酸含量的動態(tài)觀察表明，三基因共表達(dá)植株中神經(jīng)酸的含量在種子發(fā)育早期比LaKCS單基因表達(dá)植株種子中的神經(jīng)酸含量高。
　　以上結(jié)果表明，根據(jù)超長鏈脂肪酸合成途徑上關(guān)鍵基因的特點(diǎn)，通過對其表達(dá)的調(diào)控，可