甘蓝型油菜BnFAD2基因的克隆、表达及功能分析

高油酸油具备较高的营养价值,在甘蓝型油菜中,脂肪酸去饱和酶基因(FAD2)是控制油酸含量的关键基因。本研究克隆了甘蓝型油菜A5、C5、A1连锁群上3个BnFAD2基因的全长cDNA序列,分别命名为BnFAD2-A5、BnFAD2-C5和BnFAD2-A1,各自编码384、384、136个氨基酸。分别使用TMHMM、Clust X软件分析FAD2基因的跨膜结构域和酶活中心表明,BnFAD2-A1不具备脱氢酶活性。采用酵母功能互补实验对4个基因(含已发表的BnFAD2-C1)进行功能验证,发现BnFAD2-A5和BnFAD2-C5基因去饱和能力接近,均大于BnFAD2-C1基因。采用qRT-PCR分析4个基因在甘蓝型油菜不同组织中的表达规律及血凝素标签法分析BnFAD2-C1、BnFAD2-A5和BnFAD2-C5的蛋白稳定性,表明BnFAD2-A5和BnFAD2-C5是影响油菜种子油酸积累的主效基因。     

光皮树SwFAD7基因克隆及其表达研究

为了获得光皮树脂肪酸去饱和酶合成的关键基因,本研究以光皮树未成熟种子为材料克隆FAD7基因,并利用q PCR技术分析果实发育过程中FAD7基因表达量变化。结果表明:光皮树FAD7基因(Sw FAD7)编码区长1 800 bp,推测编码448个氨基酸,相对分子质量51.29 k D,等电点7.14,具有三个跨膜结构域。Sw FAD7基因所编码的蛋白质含有FAD蛋白家族所特有四个富含组氨酸的保守区域。Sw FAD7蛋白的二级结构组要由α-螺旋和无规则卷曲构成,蛋白质中均夹杂分布着β-折叠。系统进化树分析表明Sw FAD7单独形成一个分支。对未成熟果实中Sw FAD7基因表达分析表明,该基因在7~8月间呈现先上升后下降再上升的表达变化趋势,于7月23日左右达到累积的最高点。     

大白菜FAD8基因的克隆

脂肪酸去饱和酶基因FAD8是控制亚油酸向亚麻酸转换的关键酶,对植物的膜脂不饱和度有重要影响,关系到植物的抗寒能力,在拟南芥中是低温诱导表达的。根据已发表的FAD8序列,设计简并引物,从低温处理条件下大白菜叶片cDNA中克隆到一段200 bp的中间序列,进一步利用cDNA末端快速扩增技术(Rapid Amplification of cD-NA ends,RACE),获得大白菜FAD8基因的5’和3’末端序列,经测序拼接获得1 509 bp的目的序列,编码432个氨基酸。与已经报导的油菜FAD8基因氨基酸序列同源性较高,达98%。杂交结果显示,该基因是单拷贝序列。这项工作为进一步研究叶绿体脂肪酸去饱和酶奠定了一定的基础。     

一个油茶FAD2基因家族新成员的克隆及分析

FAD2基因是控制油酸向亚油酸转化的关键基因,决定了植物中油酸/亚油酸的含量与比例。本研究对一个油茶FAD2基因家族新成员的特征及其在油茶种子发育过程中的表达模式进行了分析。结果显示,新克隆得到的油茶FAD2基因CoFAD2-2(登录号:JQ739518)与已知的FAD2-1基因(登录号:KJ995981)差异较大,CoFAD2-2全长为1 558 bp,包含5'UTR 162 bp、3'UTR 247 bp和1 152 bp的开放阅读框,编码了383个氨基酸,该基因无内含子。CoFAD2-2基因编码蛋白具有4个跨膜区、含3个位置保守的组氨酸簇、定位于内质网上。系统发生分析表明该基因与多数油料植物FAD2基因亲缘关系较近,尤其与油橄榄的FAD2-2基因亲缘关系最近。CoFAD2-2基因在开花后42~44周高表达,其他阶段一直维持在很低的水平。这与油茶种子中亚油酸含量变化相吻合。本研究结果为油茶的分子育种提供了新的基因资源。     

棉花FAD 2-1基因的克隆及其ihpRNA和amiRNA干扰载体的构建

 采用RT-PCR方法克隆了棉花△-12脂肪酸去饱和酶基因(GhFAD2-1)的cDNA全长序列,该基因含有1158 bp的完整开放阅读框。棉花FAD2-1是种子中编码催化油酸形成不饱和脂肪酸的关键酶的基因,选取GhFAD2-1基因中的一段特异的515 bp片段,构建了种子特异性启动子NAPIN调控的ihpRNA干扰表达载体pFGC1008-NAPIN-FAD2-1,同时构建了针对GhFAD2-1基因的人工miRNA表达载体pCAMBIA1302- amiRNA-FAD2-1。     

中间锦鸡儿fad72基因克隆与序列分析

油酸去饱和酶FAD2（fatty acid desaturase 2）在油酸中引第二个双键生成亚油酸,是负责植物体内产生多不饱和脂肪酸的第一步关键酶。本研究采用RT—PCR和RACE（rapid amplification of cDNA ends）技术,以中间锦鸡儿未成熟种子为材料,克隆了三个fad2基因（分别命名为fad2-2A,fad2-1A和foa2-1B）。将这三个基因与汪阳东从中间锦鸡儿枝叶中克隆的fad2—2B（CaFAD2基因,GenBank登录号AY957394）一起进行了序列比对和分析。序列同源性比较结果表明,fad2—1A与fad2—1B同源性很高,fad2—1A编码的前283个氨基酸与fad2-1B的同源性高达98．9％,fad2—2B与faa2—1A的氨基酸序列同源性最低,只有64．7％。这四个基因的成功克隆,为进一步研究基因分工、调控方式打下了基础,为实现对锦鸡儿属植物脂肪酸成分直接、精确调控提供了保证,也是从一个物种中克隆四个fad2基因的第一次报道。     

基于FAE1和FAD2基因的油菜种子脂肪酸生物合成遗传调控

脂肪酸延伸酶1基因FAE1和Δ~(12)-脂肪酸脱饱和酶基因FAD2是植物脂肪酸生物合成途径中的两个关键酶基因,在同一甘蓝型油菜品种CY2中对这两个关键酶基因进行单表达和双表达遗传调控获得五种不同类型的具有相同遗传背景的转基因株系。本研究分析比较了种植于相同环境条件下的五类转基因株系及野生型对照的种子脂肪酸组成和含油量,结果表明,两基因单独和双重调控可显著改变油酸、亚油酸、亚麻酸、花生烯酸和芥酸等多种脂肪酸含量,其中两个内源目标基因同时沉默种子中的油酸含量从20.5%提高到了82.8%,拟南芥FAE1基因籽粒特异表达种子中的芥酸含量由43.9%增加到了60.2%。与野生型对照相比,五类转基因种子中的十八碳不饱和脂肪酸相对比率和油酸脱饱和比例均发生了显著变化。此外,增强FAE1基因表达后种子含油量有所提高,而沉默两个目标基因的表达则使种子含油量降低,表明两个关键酶基因调控对油脂合成与积累也产生一定影响。     

中间锦鸡儿fad2基因克隆与序列分析

油酸去饱和酶FAD2(fatty acid desaturase 2)在油酸中引第二个双键生成亚油酸,是负责植物体内产生多不饱和脂肪酸的第一步关键酶.本研究采用RT-PCR和RACE(rapid amplification of cDNA ends)技术,以中间锦鸡儿未成熟种子为材料,克隆了三个fad2基因(分别命名为fad2-2A、fad2-1A和fad2-1B).将这三个基因与汪阳东从中间锦鸡儿枝叶中克隆的fad2-2B(CaFAD2基因,GenBank登录号AY957394)一起进行了序列比对和分析.序列同源性比较结果表明,fad2-1A与fad2-1B同源性很高,fad2-1A编码的前283个氨基酸与fad2-1B的同源性高达98.9%,fad2-2B与fad2-1A的氨基酸序列同源性最低,只有64.7%.这四个基因的成功克隆,为进一步研究基因分工、调控方式打下了基础,为实现对锦鸡儿属植物脂肪酸成分直接、精确调控提供了保证,也是从一个物种中克隆四个fad2基因的第一次报道.     

麻疯树叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶的BIBAC文库筛选及其生物信息学分析

旨在建立麻疯树BIBAC文库筛选目的基因快捷高效的方法,并对其克隆的叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶基因进行生物信息学分析。本研究利用高密度杂交膜从麻疯树BIBAC文库中筛选到含有叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶基因的克隆,对其测序并用生物信息软件对获得全长序列及编码的蛋白质序列的特性进行分析。将筛选到的阳性克隆进行测序,并将该序列与麻疯树叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶基因进行比对,相似性达到99%,证实此克隆为含叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶基因(JcFAD7)的BIBAC克隆。麻疯树叶绿体?-3脂肪酸去饱和酶基因长度为2655 bp,含有8个外显子和7个内含子,编码525个氨基酸。该基因编码的蛋白质为不具有信号肽的亲水性蛋白,二级结构元件多为α-螺旋和无规则卷曲,含有2个大的跨膜区域,在麻疯树中为单拷贝。本研究建立了高密度杂交膜从BIBAC文库中筛选目的基因快速高效的方法,同时也验证了该方法的可行性并对克隆到的基因进行了生物信息学分析。     

利用基因芯片技术研究甘蓝型油菜油酸合成中差异表达基因

采用基因芯片技术对甘蓝型油菜高油酸(71.71%)和低油酸(55.6%)材料进行分析,探索油酸的差异表达基因。结果检测到差异表达基因562个,其中上调表达基因194个,下调表达基因368个。以基因芯片中油菜上调基因NM_100489和下调基因NM_130183为材料,用实时荧光定量方法验证基因芯片的结果,二者完全相符。根据基因芯片的实验结果,采用Go注释系统和数据库查询对562个差异表达基因进行功能注释表明,主要为各种酶类、结合功能、转录调控、代谢等,还有的功能未知或与糖代谢及脂肪酸合成相关,其中丙酮酸激酶、果糖二磷酸、酰基传递/酰基ACP硫脂酶、作用于酯键的水解酶、Δ9硬脂酰-乙酰载体蛋白去饱和酶(ADS1)、Δ9酰基-油脂减饱和酶2(ADS2)、ω-3脂肪酸减饱和酶(fad3)等被鉴定为差异表达基因。     

花生AhFAD2-1基因启动子及5'-UTR内含子功能验证及其低温胁迫应答

Δ~(12)-脂肪酸脱氢酶基因(FAD2)催化油酸生成亚油酸,是决定油酸亚油酸比值的关键基因。高油酸花生对低温更加敏感,暗示FAD2在低温响应中发挥作用。为探索花生FAD2的低温胁迫应答,本研究分析了花生FAD2-1A/B的基因结构,从普通油酸花生品种豫花9326中克隆了FAD2-1A/B启动子和内含子,并通过转化拟南芥验证了功能及其对冷胁迫的应答。结果表明, Ah FAD2-1A/B包含2个外显子和1个位于5'-UTR的内含子; Ah FAD2-1A/B基因启动子功能较弱,仅Ah FAD2-1B启动子在子叶期幼苗的子叶叶尖中观察到蓝色; Ah FAD2-1假基因5'侧翼序列具有启动子活性,可调控基因在子叶、下胚轴、种子中表达。Ah FAD2-1内含子序列具有启动子的功能,驱动基因在幼苗下胚轴及子叶中表达,同时还有提高基因表达效率和扩大表达范围的功能,是Ah FAD2-1基因表达调控必需元件;包含5'-UTR内含子的Ah FAD2-1A/B启动子的调控序列功能受低温胁迫抑制。     

甘蓝型油菜BnFAD2-C1基因全长序列的克隆、表达及转录调控元件分析

脂肪酸去饱和酶基因(FAD2)是控制植物体中油酸含量的关键基因,在甘蓝型油菜中有4个FAD2基因的拷贝,分别定位在A1、C1、A5、C5染色体上。本文克隆了1个FAD2拷贝基因,依据油菜基因组数据库信息,将其定位到C1染色体上,命名为Bn FAD2-C1,其开放阅读框为1155 bp。采用RACE(rapid-amplification of c DNA ends)技术获得了175 bp的5?UTR序列和212 bp的3?UTR序列。采用荧光定量PCR技术研究发现,Bn FAD2-C1在根、花和角果皮中仅保持本底水平的表达,在种子发育中期呈现高效表达,具有种子特异性诱导表达的特征。根据甘蓝和油菜基因组数据库信息,同源克隆到Bn FAD2-C1基因的启动子(promoter)和内含子(intron)序列,并通过PLACE和Plant CARE网站分析,初步预测到调控该基因转录的潜在顺式作用元件。通过茉莉酸诱导处理,Bn FAD2-C1基因表达量发生变化,推断茉莉酸在Bn FAD2-C1基因的表达过程中可能发挥一定的调控作用。     

CRISPR/Cas9编辑花生FAD2基因研究

油酸脱氢酶((35)12FAD或FAD2)是催化油酸(OA)的C12位上脱氢生成双不饱和亚油酸(LA)的关键酶,它控制油酸、亚油酸的含量及其比值(O/L)。研究表明, AhFAD2是油酸生成亚油酸的关键基因,决定花生种子中油酸和亚油酸的相对含量。本研究根据AhFAD2基因序列,设计了相应sgRNA序列,并构建了旨在敲除FAD2A和FAD2B两个花生油酸脱氢酶的CRISPR/Cas9基因编辑载体。经花生基因转化后,通过对转基因花生突变位点基因组序列分析找出基因突变体。对靶基因分析发现,16株转基因花生含有29个FAD2A基因突变,其中16个突变引起蛋白质序列变化;11株转基因花生含有30个FAD2B基因突变,其中17个突变引起蛋白质序列变化。FAD2A和FAD2B蛋白质序列的变化可影响花生油酸脱氢酶的活性,改变油酸催化脱氢,使亚油酸合成受阻,油酸含量增加。本研究为研究花生脂肪酸合成及高油酸花生育种提供了宝贵的基因突变体材料。     

紫苏FAD3基因的克隆与表达分析

ω-3脂肪酸脱氢酶(ω-3 FAD)是植物脂肪酸合成途径的关键限速酶,通过调节该酶的过量表达,可以使植物中的α-亚麻酸(ALA)含量增加。本研究采用RT-PCR的方法,以紫苏L1品系为材料,克隆得到一个ω-3脂肪酸脱氢酶基因PfFAD3。生物信息学分析结果显示PfFAD3开放阅读框为1 176 bp,编码319个氨基酸,推测其蛋白分子量为44.7 k D,等电点为9.19;PfFAD3较为保守,具有四个富含组氨酸的保守区域。q RT-PCR结果表明,PfFAD3基因具有组织表达特异性,在种子中的表达量远高于其它器官。同时,研究了外源Me JA和温度对紫苏茎和叶中PfFAD3基因表达的影响,结果显示外源Me JA能够快速诱导叶片中PfFAD3基因表达量的上调,而抑制PfFAD3基因在茎中的表达;低温能够诱导叶片中PfFAD3基因表达量上调,而高温则抑制叶与茎中PfFAD3基因的表达,表明PfFAD3基因可能参与紫苏的防御反应。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

漆树查尔酮合酶基因家族生物信息学分析

查尔酮合酶(CHS)是黄酮类化合物合成过程中的关键酶。为了进一步探索CHS基因家族在调控黄酮类物质合成中的功能,本研究对12个漆树CHS基因编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、蛋白二级结构以及系统进化等方面进行初步生物信息学分析。保守结构域分析发现12个TvCHS基因均含有CHS-Like保守序列;12个TvCHS基因除了TvCHS10在叶中不表达和TvCHS11在根中不表达,其余10个基因在漆树根茎叶都有表达;12个CHS蛋白中有4个疏水蛋白、8个亲水蛋白。在系统进化分析中,漆树CHS基因家族12个基因被划分为两个组。信号肽预测分析发现12个TvCHS基因均为非分泌蛋白;磷酸化位点预测分析发现丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点数量最多,络氨酸最少。本研究对漆树CHS基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究漆树CHS基因家族的功能提供了一定的参考和依据。     

白屈菜CmFAD2基因的克隆及植物转化载体构建

通过对白屈菜低温应答过程的转录组分析发现膜脂不饱和化相关基因的表达在一定过程中发生变化,脂肪酸去饱和酶基因FAD2在随温度的变化趋势为正"V"型,且表达量变化显著。利用NCBI等在线软件对序列进行相关生物学信息分析,并对白屈菜FAD家族成员FAD2基因的完整开放阅读框(ORF)进行克隆,并命名为CmFAD2。选用克隆载体pMD-19-T,转化大肠杆菌DH5α,测序验证序列正确性及完整性。将目的基因与植物表达载体pRI-201-AN连接构建重组DNA pRI-201-AN-Cm FAD2,电击法转化农杆菌LBA4404,利用菌液PCR法验证成功。该基因可作为药用植物抗寒品种创制的候选基因。     

紫斑牡丹种子高积累碳十八不饱和脂肪酸的多基因调控

为研究紫斑牡丹种子C18不饱和脂肪酸的高积累与相关基因SAD、FAD2、FAD3、FAD7和FAD8表达间的关系,以四个不同发育时期(6月20日, 7月7日, 7月17日和7月27日)的种子为材料,利用气相色谱飞行时间质谱测定种子油脂的脂肪酸组成,采用实时荧光定量PCR方法分析相关基因的表达模式,分析相关基因在不同发育期种子中的表达差异对种子油脂中碳十八不饱和脂肪酸积累的影响。结果表明:(1)紫斑牡丹种子油脂的不饱和脂肪酸占总脂肪酸的94.09%,其中碳十八不饱和脂肪酸占93.84%;不同种子发育期的油酸和亚麻酸呈一直上升趋势,而亚油酸则呈一直下降趋势;(2)种子发育过程中,KAR基因的持续上调表达合成了更多的C16:0-ACP;FATB和Δ9D基因下调表达,分别减弱了C16:0-ACP向棕榈酸和棕榈油酸的转化,KASⅡ基因的高表达促进了C16:0-ACP向C18:0-ACP的转化,为C18脂肪酸合成提供了充足原料;(3)种子发育过程中,SAD基因持续上调表达加快了种子中油酸的合成积累;FAD2基因表达量一直维持在相对较高水平,保证了种子油脂亚油酸占比一直在20%以上;发育初期FAD3基因表达量和发育末期FAD8基因表达量的迅速上升,加快了亚麻酸的合成。紫斑牡丹种子C18不饱和脂肪酸的高积累主要来源于SAD、FAD2、FAD3和FAD8基因的协同高表达。这为理解种子油富集碳18不饱脂肪酸的基因调控机制提供了理论依据,对木本油料油脂脂肪酸组份的遗传改良具有重要意义。     

花生△12-脂肪酸去饱和酶基因RNAi表达载体的构建

利用RNAi原理构建花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因的hpRNA表达载体,以抑制该基因的表达,获得高油酸/亚油酸比值的花生种质。根据花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因序列(GenBank:AF248739)设计引物,以豫花4号花生品种DNA为模板,克隆了该基因的启动子及长度约500 bp的外显子片段,在此基础上构建完成由自身启动子引导的花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因的反向重复片段RNAi载体pCAMBIA1301-Afad12Ri。     

通过转化脂肪酸去饱和酶基因AcoFAD2提高菠萝植株的抗寒能力

为培育抗寒菠萝新品种,本研究通过比较菠萝脂肪酸去饱和酶基因序列和拟南芥脂肪酸去饱和酶基因序列,筛选获得目标基因AcoFAD2;通过农杆菌转化菠萝'台农17'获得过表达AcoFAD2转基因植株TN17FAD2-3;转基因植株和对照在低温条件下进行培养,鉴定转基因植株和对照的不饱和脂肪酸含量及抗寒能力.结果 发现组培苗在7℃条件下处理5d然后转入26℃生长一周,TN17FAD2-3第四片叶坏死比例为(5±1)％,只转化空载体的对照TN17-EV第四片叶坏死比例为(97±2)％.组培苗在7℃条件下生长5d,然后转入26℃生长15d.TN17FAD2-3第二片叶叶面积为(2.15±0.2) cm2,TN17-EV第二片叶叶面积为(0.06±0.01) cm2.TN17FAD2-3的叶片不饱和脂肪酸含量(16∶3+18∶3)为(77.5±0.7)％,对照TN17-EV叶片不饱和脂肪酸(16∶3+18∶3)含量为(58.6±0.8)％.TN17FAD2-3的叶片不饱和脂肪酸含量高于只转化空载体的对照TN17-EV.低温条件下,TN17FAD2-3比TN17-EV生长快,TN17FAD2-3株系比TN17-EV具有更高的抗寒性,载体UBI-pCAMBIA1301不能提高菠萝植株的抗寒能力,通过转化脂肪酸去饱和酶基因AcoFAD2能够提高菠萝植株的抗寒性能,本研究为快速培育抗寒菠萝新品种提供理论基础.