油料作物油脂合成调控研究进展

植物油脂不仅是人类可食用油的主要来源,也是人类生产生活中重要的可再生原料。本文概述了植物油脂的生物合成途径,从母体效应、QTL、GWAS等多个方面总结了油料作物油脂合成的遗传学研究进展,同时探讨了已知的油脂合成调控相关基因的功能。本文综述了该领域的研究现状,为深入了解油料作物油脂合成调控网络提供了参考,也为油料作物的分子改良和遗传育种提供了理论基础。     

SNP芯片在油菜分子育种的应用

油菜是我国最主要的油料作物之一, 肩负着国内植物油供给的重任,所产菜油占国产油料作物产油的57%以上。近年来,中国面临严重的食用油供给安全问题,国产植物油短缺,进口依赖度达60%以上。我国的油菜产量低、生产成本高、市场竞争力相对较弱是制约我国油菜生产的主要原因之一。努力提高我国油菜育种水平是促进油菜产业发展、保障我国食用油供给安全的有效途径。新型高通量分子育种技术-SNP育种芯片的开发与利用为快速高效油菜育种带来了生机。在油菜及其基本种的基因组测序、SNP分子标记的开发等方面我国已具有良好的研究基础。我国油菜科技工作者正在致力于引进和建立国内自己的油菜育种SNP芯片,为提高油菜育种效率提供技术支撑。     

拟南芥叶片和角果特异性启动子的筛选与分析

通过生物信息学方法和Genevestigator程序,从拟南芥基因组中筛选了1个叶片特异性表达基因ACD6(at4g14400)和2个角果特异性表达基因AT2FP2(at5g57520)、at1g56100,并通过实时定量PCR分析它们在拟南芥不同组织中的表达模式。从TAIR网站获得各基因的上游序列,利用Plant CARE和Bio Prospector预测各基因的启动子序列,命名为Pat4g14400、Pat5g57520和Pat1g56100。构建启动子驱动报告基因gus的植物表达载体,转化拟南芥。转基因拟南芥GUS染色后发现:ACD6主要在叶片中表达,Pat4g14400为叶片特异性启动子;AT2FP2和at1g56100在角果中的表达量比其他组织高数倍,Pat1g56100和Pat5g57520具有角果特异性。     

甘蓝型油菜主花序有效角果数QTL定位

为分析甘蓝型油菜主花序有效角果数的遗传标记,以ZY036×51070杂交构建的双单倍体(DH)为材料,采用2010-2012年在武汉、阳逻、青海和襄阳三年四点五个试验的检测数据,运用WinQTL Cartographer 2.5软件进行主花序有效角果数QTL定位分析。研究共检测到10个与主花序有效角果数相关的QTL,表型变异是9.33%～31.60%,LOD(极大似然函数比的常用对数)值是2.51～5.37,加性效应是2.71～8.09。而且在染色体A1、A5、C1和C9上的4个QTL都可以在2个不同的试验中重复检测到。试验还得到QTL区间的16个连锁标记,其中有8个距离QTL的最大峰值不足1cM。     

甘蓝型油菜AOC基因家族鉴定与表达分析

丙二烯氧化物环化酶(allene oxide cyelase, AOC)是茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径中一个重要的合成酶,在植物生长发育、光合作用、物质代谢和逆境胁迫应答等多个方面发挥重要作用。为了探究AOC基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的家族特征,本研究以4个拟南芥AtAOC基因为基础序列,鉴定出12个甘蓝型油菜、4个白菜和6个甘蓝的AOC基因,并对它们的分子特性、蛋白保守结构域和系统进化树、基因结构及染色体分布、以及不同逆境和激素处理下的组织表达模式进行了系统的比较分析。结果显示AOC基因在芸薹属中高度保守,且AOC1/2/3基因多以串联基因簇的形式存在;12个甘蓝型油菜BnaAOC基因存在不同的组织表达模式,分别响应多种逆境胁迫和激素处理,其中BnaAOC3(BnaA09g19550D和BnaC09g52550D)基因同时受茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、盐胁迫和PEG-6000处理的诱导表达,且强烈受核盘菌的诱导表达。本研究为进一步了解甘蓝型油菜AOC家族基因在响应非生物逆境胁迫和核盘菌侵染过程中的生物学功能奠定基础和提供指导。     

甘蓝型油菜胚胎离体培养体系的建立及其在油脂合成积累研究中的应用

为便于体外研究甘蓝型油菜的胚胎发育和种子油脂积累规律,以春油菜862的胚胎为材料,构建胚胎离 体培养体系,通过综合比对基础培养基类型、蔗糖浓度、琼脂浓度,确定含蔗糖8%和琼脂0.6%的B5培养基作为胚 胎离体培养和胚胎胚性生长的最佳体外培养体系,并用于研究种子油脂的积累和变化。在体系中分别加入甘蓝型 油菜的角果皮和叶片提取物,调查对胚胎油脂积累的影响,发现含有角果皮提取物和叶片提取物的培养基均能提 高胚胎油脂积累效率,且角果皮提取物对胚胎油脂积累的效率显著高于叶片提取物,源于高油材料的角果皮、叶片 提取物对胚胎油脂的积累效率显著高于低油材料。     

不同作物光合蛋白复合物的提取及比较分析

以双子叶C₃光合模式植物拟南芥和本氏烟草、单子叶C₃光合模式作物水稻和C₄光合玉米、双子叶C₄光合白花菜、C₃-C₄光合中间型Moricandia suffruticosa（MS）二倍体物种以及多倍体C₃作物油菜、大豆和花生为材料,运用蓝绿温和胶[Blue Native (BN)-PAGE]技术手段,在生化分子水平对C₃与C₄型、单子叶与双子叶、二倍体与多倍体不同作物光合复合物的差异进行解析。首先以拟南芥为材料优化BN-PAGE体系,证明在膜蛋白非离子型去垢剂十二烷基-β-D-麦芽糖苷（n-Dodecyl-β-D-Maltopyranoside,DM）终浓度为1%、处理时间为10min时增溶效果最好。然后用优化后的体系比较不同作物种间光合/类囊体膜复合物的差异。结果表明,光合复合物及其相应代表性亚基在蛋白丰度和组成形式等方面显著不同。与C₃、双子叶和二倍体植物相比,C₄、单子叶和多倍体作物中光系统II（PSII）核心蛋白D1在复合物中的含量升高;水稻中Cyt b₆f含量最高,不同作物之间Cyt b₆f核心亚基Cyt f丰度差异较大;玉米中光系统I（PSI）核心亚基PsaA的含量显著高于其他8种作物,且C₄作物高于C₃作物;单子叶植物中ATP酶复合物核心亚基CF1β含量显著高于双子叶植物。本研究比较了不同植物间光合蛋白复合物差异,为改良作物的光合性状和提高光合效率提供参考。     

油菜miR156基因家族及其靶基因生物信息学分析及鉴定

为阐明油菜miR156基因家族的进化过程和靶基因作用位点,分析了油菜miR156基因家族的序列特征、进化模式和候选靶基因。共获得35个bna-miR156基因,对应44个成熟序列。这些bna-miR156基因分布在油菜的17条染色体上,其中C3染色体上分布着5个bna-miR156基因。bna-miR156基因在产生成熟序列的区域高度保守,而其它其它位置保守性较低,进化分析结果显示bna-miR156家族可以分为5个分支,家族成员分布较为分散,且位于同一条染色体上的bna-miR156基因并没有表现出更近的亲缘关系。另外,系统发育分析结果显示SBP-box基因在双子叶植物油菜、拟南芥中存在相似的进化模式,进一步发现只有部分BnaSBP家族基因拥有bna-miR156的作用位点,其中30个BnaSBP基因的靶位点位于编码区,11个位于3`UTR。一些拥有bna-miR156作用位点的BnaSBP具有组织表达特异性,因此bna-miR156可能与BnaSBP相互作用,调控油菜生长发育过程。      

甘蓝型油菜BnLEC1.A07 基因启动子在不同含油量品系中的克隆与活性分析

为了进一步研究BnLEC1基因对油脂生物合成的影响,以高油品系61616和低油品系51070为材料,进行了转录组和定量PCR分析。结果表明,BnLEC1.A07基因在61616品系中的表达水平明显高于51070品系。对启动子P_(LEC1)61616(1829 bp)和P_(LEC1)51070(1824 bp)进行了克隆和序列比较。结果表明,两个启动子之间存在大量的SNP和InDel,其中以单碱基SNP最为丰富。顺式作用元件分析表明,P_(LEC1)61616比P_(LEC1)51070多1个CAAT-box和2个茉莉酸反应元件,缺少1个细胞周期调控元件和2个非生物胁迫反应元件。随后我们构建了包含该启动子的GUS融合载体和LUC融合载体。烟草叶片瞬时转化后的GUS染色、LUC荧光显像和荧光素酶活性分析显示,P_(LEC1)61616的活性高于P_(LEC1)51070。综合结果表明,BnLEC1.A07基因在不同品系中的表达水平与其含油量呈正相关,P_(LEC1)61616比P_(LEC1)51070具有更强的启动子活性。本研究为进一步探讨脂肪合成基因BnLEC1.A07在不同油菜品系中的调控机制提供了理论依据。