沙棘果肉和種子油脂合成積累及轉(zhuǎn)錄表達(dá)差異研究.pdf

1、木本油料的開(kāi)發(fā)利用是緩解當(dāng)前食用油供應(yīng)不足且耕地逐漸減少的有效途徑。沙棘（Hippophae rhamnoides）為胡頹子科(Elaeagnaceae)沙棘屬植物，多年生小喬木或灌木，適應(yīng)性強(qiáng)，具有抗旱、抗鹽堿、抗寒特性，能適應(yīng)-40～40℃的生長(zhǎng)環(huán)境。沙棘果實(shí)中含有多種生物功能活性成分，如脂肪酸、維生素、植物甾醇、類胡蘿卜素、黃酮類化合物和有機(jī)酸等。果肉油和種子油是沙棘中最有價(jià)值的成分，果肉油中高積累自然界中稀有的棕櫚油酸（omeg

2、a-7脂肪酸），而種子油中高富集亞油酸（omega-6脂肪酸）和亞麻酸（omega-3脂肪酸），omega脂肪酸在維持人體正常生理功能方面具有重要作用。但與大田油料作物相比，沙棘果肉和種子含油量相對(duì)較低，制約了沙棘油的高效開(kāi)發(fā)和利用。目前影響沙棘油脂合成的關(guān)鍵基因及途徑尚未清晰，特別是沙棘果肉中高積累棕櫚油酸的機(jī)制未見(jiàn)報(bào)道。研究沙棘果肉和種子中油脂和脂肪酸組分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以及發(fā)育過(guò)程中相關(guān)功能基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)模式，為通過(guò)現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)探

3、索沙棘油脂合成積累機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步提高沙棘油脂含量提供技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)51份沙棘種質(zhì)的成熟果肉和種子含油量分析和ISSR分子標(biāo)記親緣關(guān)系鑒定，發(fā)現(xiàn)蒙古沙棘亞種的干果肉含油量（27.2±0.9％）顯著高于中蒙沙棘雜交種的干果肉含油量（12.0±1.2％）(P＜0.01);首次識(shí)別到4個(gè)與沙棘高果肉含油量呈正相關(guān)，2個(gè)與高種子含油量呈正相關(guān)的ISSR標(biāo)記;篩選獲得1對(duì)近緣高低果肉油種質(zhì)（品系TF2

4、-36和56）和1對(duì)近緣高低種子油種質(zhì)（品系XE3和SJ1），果肉組樣品含油量相差30.58％（干重），DICE系數(shù)為0.752;種子組樣品含油量相差4.98％，DICE系數(shù)為0.756。
　　2.通過(guò)8個(gè)時(shí)期的高、低果肉油和種子油樣品的含油量和脂肪酸組分分析發(fā)現(xiàn)，果肉油脂積累模式為先上升后下降，種子油脂積累模式為先下降后上升再微量下降;品系TF2-36的干果肉含油量一直顯著高于品系56，大多數(shù)時(shí)期品系XE3的種子含油量顯著高于品

5、系S J1，品系XE3的干果肉含油量也顯著高于其種子含油量。果肉中高積累棕櫚酸(18～36％)和棕櫚油酸(1～41％)，且均與干果肉含油量呈正相關(guān)，亞油酸和亞麻酸相對(duì)含量呈下降趨勢(shì);種子中高積累亞油酸(26～47％)和亞麻酸(20～37％)，亞油酸與種子含油量呈正相關(guān)，棕櫚酸和棕櫚油酸呈明顯下降趨勢(shì);果肉中的單不飽和/飽和脂肪酸、多不飽和/飽和脂肪酸，以及種子中的單不飽和/飽和脂肪酸、亞油酸/亞麻酸比值均符合健康食用油的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

6、>　　3.轉(zhuǎn)錄組de novo測(cè)序解決了無(wú)參考基因組的沙棘等木本油料功能基因研究的困境，首次基于Illumina平臺(tái)構(gòu)建沙棘根、莖、葉、果肉和種子轉(zhuǎn)錄組，組裝獲得62166條unigene，N50為1780bp，總注釋率78.87％。KEGG pathway分析發(fā)現(xiàn)碳水化合物代謝途徑獲注釋unigene最多（2798條），注釋到14條與脂類代謝相關(guān)途徑，包括甘油酯代謝、甘油磷脂代謝、脂肪酸生物合成、脂肪酸延伸、不飽和脂肪酸生物合成等途徑

7、，共1794條unigenes。通過(guò)5種組織部位表達(dá)譜的兩兩比較獲得566～945個(gè)與脂類代謝相關(guān)的差異表達(dá)基因，DGAT、GPD1、KASⅡ和FAD7等基因可能與沙棘果肉和種子油脂和脂肪酸生物合成有關(guān)。
　　4.利用qRT-PCR分析驗(yàn)證了12個(gè)與沙棘油脂和脂肪酸合成相關(guān)基因的表達(dá)特性，研究發(fā)現(xiàn)果肉中KASⅡ基因的持續(xù)低表達(dá)可能限制了C16脂肪酸向C18脂肪酸轉(zhuǎn)化，而△9D基因的上調(diào)表達(dá)則促進(jìn)了棕櫚油酸的合成積累，同時(shí)高果肉油品

8、系TF2-36中GPD1、DGAT1和DGAT2基因的顯著上調(diào)表達(dá)，可能加速了3-磷酸甘油醛(G3P)與高積累的C16脂肪酸組裝合成甘油三酯(TAG);KASⅡ、FAD2、FAD3、FAD7、FAD8、GPD1和DGAT2基因在種子油脂快速積累期間有明顯的表達(dá)量高峰，這可能與種子高積累C18∶2和C18∶3且促其參與TAG合成有關(guān)。KASⅡ、△9D、FAD2、FAD3、FAD7和FAD8是影響果肉和種子脂肪酸組分差異的關(guān)鍵基因，而GPD

9、1、DGAT1和DGAT2是影響沙棘TAG合成積累的關(guān)鍵基因。
　　5.為了深層次挖掘影響沙棘油脂合成的關(guān)鍵基因，對(duì)4個(gè)生育期的近緣高低果肉和種子油樣品進(jìn)行RNA-Seq表達(dá)譜分析，篩選獲得了11個(gè)與油脂和脂肪酸合成相關(guān)的差異表達(dá)基因(LPIN、plcC、adhE、ACSL、PLD1_2、CER10、GPD1、GPAT，F(xiàn)ATA,FAD2和KCS)（log2fold change≥1，Q value≤0.05），經(jīng)qRT-PCR驗(yàn)