甘藍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，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、加拿大）相比，我國的畝產(chǎn)水平則相對較低，所以提高我國油菜單位面積產(chǎn)油量，對縮減我國與高產(chǎn)油地區(qū)之間的差距，保障我國的食用油安全，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)控底物的競爭關(guān)系，調(diào)節(jié)外源環(huán)境

2、信號以促進脂肪酸的合成。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，至今報道很少。這里，筆者開展了一系列實驗，針對以上科學問題進行研究:(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)育成熟過程中含油量的變化趨勢。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。利用RNA-seq測序技術(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，顯著性下調(diào)的基因有15239個(顯著性水平:|log2(Fold

4、Change)|＞1，Q＜0.005），對差異性基因作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.證實了晝夜溫差環(huán)境因子對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，并可調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素赤霉素的信號強度。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模式是相反的，進一步分析發(fā)現(xiàn)，乙醛酸代謝途徑基因的表達模式正好與之符合。對乙醛酸代謝途徑的候選基因的啟動子序

6、列分析發(fā)現(xiàn)，大部分基因的啟動子序列均存在著GAGA-similar的保守序列，并且，據(jù)報道該保守序列是響應高溫調(diào)控的順式作用元件。對轉(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，RT-qPCR實驗數(shù)據(jù)也證實:大晝夜溫差系統(tǒng)中夜間赤霉素信號傳導基因受到抑制。據(jù)此設(shè)計了兩年兩點的大田試驗，實驗結(jié)果也佐證了赤霉素信號在脂肪酸積累過程中的負面效應，而且當外源噴施多效唑（降解赤霉素）時，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的影響）。
　　3.找到了脂肪酸合成抑制因素BnaC.TT2.a位點的等位多態(tài)變化與種皮色澤及脂肪酸含量、組分的相關(guān)性。通過收集不同生態(tài)區(qū)域的83份甘藍型油菜種質(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，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，在BnaC.TT2.a上的第1個內(nèi)含子上鑒別出