甘藍(lán)型油菜脂肪酸合成抑制與消減因素的研究.pdf

1、世界上幾種主要油料作物，例如大豆、油菜、花生、向日葵以及棕櫚，油菜是排在大豆油與棕櫚油之后的第三大油料作物。在中國(guó)，油菜是種植面積最大的油料作物，然而，與傳統(tǒng)高產(chǎn)油地區(qū)（德國(guó)、加拿大）相比，我國(guó)的畝產(chǎn)水平則相對(duì)較低，所以提高我國(guó)油菜單位面積產(chǎn)油量，對(duì)縮減我國(guó)與高產(chǎn)油地區(qū)之間的差距，保障我國(guó)的食用油安全，具有重要的戰(zhàn)略意義。迄今為止，已有大量的研究旨在增加油菜種子含油量，例如提高脂肪酸代謝途徑關(guān)鍵酶的活性，調(diào)控底物的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，調(diào)節(jié)外源環(huán)境

2、信號(hào)以促進(jìn)脂肪酸的合成。但是關(guān)于油菜成熟種子脂肪酸的消減，以及制約種子脂肪酸高效合成的抑制因子，至今報(bào)道很少。這里，筆者開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)，針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究:(1)成熟種子脂肪酸消減的基因型差異以及特定的轉(zhuǎn)錄組分析;(2)晝夜溫差對(duì)不同基因型油菜種子含油量的影響;(3)種子含油量抑制因子BnaC.TT2.a的等位多態(tài)性與種皮顏色、種子含油量以及組分之間的相關(guān)性。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.分析了4種基因型油菜，中油511，

3、浙油50，九二13系以及B6-3，在種子發(fā)育成熟過(guò)程中含油量的變化趨勢(shì)。發(fā)現(xiàn)中油511成熟收獲的種子，含油量相比高峰期下降了16.8％，而其它3份基因型油菜種子含油量一直呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。利用RNA-seq測(cè)序技術(shù)，分析了中油511在種子成熟后期(40-DAP)以及種子發(fā)育前期(16-DAP)的全轉(zhuǎn)錄組水平的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中油511種子成熟后期顯著上調(diào)的基因有13648個(gè)，顯著性下調(diào)的基因有15239個(gè)(顯著性水平:|log2(Fold

4、Change)|＞1，Q＜0.005），對(duì)差異性基因作KEGG富集分析后發(fā)現(xiàn)，在顯著性上調(diào)的基因中，與糖類(lèi)碳水化合物代謝相關(guān)的基因得到顯著性富集，并且與脂肪酸消減直接相關(guān)的β-氧化途徑基因也在種子成熟后期受到顯著性上調(diào)，據(jù)此，筆者歸納了中油511在種子成熟后期一系列影響種子含油量的關(guān)鍵基因。
　　2.證實(shí)了晝夜溫差環(huán)境因子對(duì)油菜種子含油量的影響，分析高含油量基因型（浙油50）以及低含油量基因型（九二13系）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于小晝夜

5、溫差系統(tǒng)，大溫差系統(tǒng)下的浙油50、九二13系種子含油量均顯著較高，浙油50的落差是13.74％(P＜0.05)，九二13系的落差是18.9％(P＜0.05)。大晝夜溫差系統(tǒng)下夜晚的低溫可以抑制乙醛酸代謝途徑基因的表達(dá)，并可調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素赤霉素的信號(hào)強(qiáng)度。處于大小晝夜溫差系統(tǒng)中的浙油50、九二13系，油滴合成基因在白天與黑夜的表達(dá)模式是相反的，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，乙醛酸代謝途徑基因的表達(dá)模式正好與之符合。對(duì)乙醛酸代謝途徑的候選基因的啟動(dòng)子序

6、列分析發(fā)現(xiàn)，大部分基因的啟動(dòng)子序列均存在著GAGA-similar的保守序列，并且，據(jù)報(bào)道該保守序列是響應(yīng)高溫調(diào)控的順式作用元件。對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的深入挖掘發(fā)現(xiàn)，大晝夜溫差中夜晚的低溫可以調(diào)控DELLA蛋白基因的表達(dá)，RT-qPCR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也證實(shí):大晝夜溫差系統(tǒng)中夜間赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)基因受到抑制。據(jù)此設(shè)計(jì)了兩年兩點(diǎn)的大田試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也佐證了赤霉素信號(hào)在脂肪酸積累過(guò)程中的負(fù)面效應(yīng)，而且當(dāng)外源噴施多效唑（降解赤霉素）時(shí)，可以提高油菜含油量在9-

7、18％的水平（增油效果受種植年份以及地點(diǎn)的影響）。
　　3.找到了脂肪酸合成抑制因素BnaC.TT2.a位點(diǎn)的等位多態(tài)變化與種皮色澤及脂肪酸含量、組分的相關(guān)性。通過(guò)收集不同生態(tài)區(qū)域的83份甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源，成功構(gòu)建了適用于關(guān)聯(lián)分析的甘藍(lán)型油菜自然群體，該群體不僅適合分析調(diào)控種子含油量的基因位點(diǎn)，而且可以分析其它潛在的功能基因。分析BnaC.TT2.a堿基多態(tài)性與脂肪酸表型的關(guān)聯(lián)性時(shí)，在BnaC.TT2.a上的第1個(gè)內(nèi)含子上鑒別出