向日葵Ha KASI基因的生物信息学和表达分析

KASI编码β-酮脂酰-ACP合酶I,主要催化C4-ACP生成C16-ACP。为了解向日葵HaKASI基因的表达特性及功能,本研究对其编码蛋白进行生物信息学和基因表达模式分析,预测HaKASI为酸性且为亲水性蛋白;结果显示二级结构主要是无规则卷曲,预测亚细胞定位于叶绿体。系统进化分析发现,HaKASI与拟南芥及其他物种的KASI聚在一个大分支上,与莴苣(Lactuca sativa L.) KASI进化关系最近,序列相似性高达92%。HaKASI表达分析结果表明,HaKASI在向日葵种子中表达最高,其次为管状花和茎,在叶、舌状花和根中不表达,HaKASI在高、低油酸种子发育不同时期表达趋势大体一致,表达量均从7～12 DAF升高,之后降低,但在37 DAF,HaKASI在低油酸种子中表达量极高,明显高于高油酸种子,这暗示HaKASI在油酸含量不同的向日葵种子发育后期可能存在不同的表达调控机制。本研究为HaKASI基因功能的研究提供科学依据。     

向日葵HaLACS7基因的生物信息学和表达分析

LACS（long-chain acyl-CoA synthetase）编码长链酰基CoA合成酶,能把游离脂肪酸转化成长链酰基辅酶A,在油脂代谢过程中有重要的作用。对向日葵HaLACS7编码蛋白进行生物信息学分析,预测HaLACS7编码蛋白为酸性蛋白且为亲水性蛋白,蛋白二级结构为无规则卷曲,亚细胞定位于过氧化物酶体。经系统进化分析发现,HaLACS7与莴苣（Lactuca sativa L.）和洋蓟（Cynara cardunculus var. scolymus L.）的LACS6进化关系最近,序列相似性均为84%,且与拟南芥LACS6和LACS7聚在一个大分支上。HaLACS7在向日葵中组织的表达量大小为舌状花>根>种子>管状花>叶>茎。HaLACS7在高、低油酸向日葵种子发育后期表达量均较高,但2份材料种子在不同发育时期表达变化趋势明显不同,推测HaLACS7的表达可能影响向日葵种子油酸的合成。     

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。     

向日葵HaLACS9基因的克隆与功能分析

长链酰基CoA合成酶(long-chain acyl-CoA synthetase, LACS)催化游离脂肪酸合成酰基CoA,在植物脂质代谢中发挥重要作用。本研究从向日葵中筛选并克隆得到1个LACS家族基因HaLACS9,同源比对表明HaLACS9具有LACS酶的保守结构域,与拟南芥(Arabidopsis thaliana)、莴苣(Lactuca sativa)和刺菜蓟(Cynara cardunculus) LACS9蛋白具有较高的相似性。亚细胞定位预测HaLACS9定位于叶绿体。HaLACS9启动子区含有多种逆境及激素响应相关元件。qRT-PCR分析表明, HaLACS9在向日葵多个器官中表达,在花后10 d的种子中优势表达。干旱、盐、外源脱落酸和赤霉素处理均能诱导HaLACS9基因在向日葵根、茎和叶中的表达。分析HaLACS9在向日葵种子发育不同时期的相对表达量发现, HaLACS9在向日葵种仁发育早期高水平表达,与籽油的快速积累密切相关。随着种子发育和籽油积累速率的减慢,HaLACS9转录水平呈下降趋势。缺陷型酵母互补试验证明HaLACS9具有酰基CoA合成酶活性,并且油酸是...     

文冠果种仁油脂脂肪酸形成的多基因协同调控

文冠果是中国北方重要的木本油料树种,种仁油脂富含油酸、亚油酸,特别是含有3%～5%其他食用植物油缺乏的神经酸。为探讨文冠果种仁油脂脂肪酸形成的基因调控机制,以品系‘12-03’4个不同发育期(6月22日, 7月6日, 7月19日, 8月1日)的种仁为材料,利用GC-TOF/MS (气相色谱飞行时间质谱)方法测定种仁油脂脂肪酸组份及不同组份的相对百分比;利用q RT-PCR分析种仁油脂脂肪酸形成相关基因KAR、EAR、HAD、FATA、FATB、SAD、FAE1、KCR、HCD、ECR、FAD2和FAD3的表达模式;分析不同基因表达对种仁油脂脂肪酸形成积累的影响。结果表明:(1)品系‘12-03’种仁成熟期油脂中油酸占29.87%、亚油酸占42.96%、神经酸占3.27%;种仁发育期间,油酸含量呈一直上升趋势,亚油酸含量呈先下降后上升趋势,神经酸呈先上升后下降趋势。(2) KAR、HAD和EAR基因的高表达协同FATA和FATB基因的低表达,为文冠果种仁油脂碳十八以上不饱和脂肪酸的形成积累提供了充足硬脂酸合成前体C16:0-ACP。(3)种仁成熟期前的SAD基因高表达催化硬脂酸快速去饱和为油酸,为C18:1以上不饱和脂肪酸形成提供了充足底物。(4)不同发育期种仁中FAE代谢通路的FAE1和KCR基因表达量均较低,HCD基因表达量在种仁成熟期前呈快速上升趋势;HCD基因是文冠果神经酸合成FAE代谢通路上的关键基因。(5)种仁发育期FAD2基因的持续高表达和FAD3基因的持续低表达促成种仁高积累亚油酸和低积累亚麻酸。SAD和FAD2基因的协同高表达促成文冠果种仁油脂富含油酸和亚油酸,而种仁成熟前期不断上升的HCD基因表达量促进了神经酸的合成积累。这不仅可为进一步理解文冠果种仁油脂脂肪酸合成积累的基因调控提供理论依据,而且对木本油料脂肪酸的遗传改良具有重要意义。     

紫苏种子发育过程中脂肪酸组分变化研究

以野生紫苏与栽培紫苏为材料,通过气相色谱对2个紫苏品种种子发育过程中脂肪酸组分的含量及其变化进行了研究.结果表明:紫苏种子脂肪酸主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和α-亚麻酸5种成分组成,不饱和脂肪酸占总脂肪酸的90％左右,其中α-亚麻酸含量最高,达60％以上.种子发育过程中棕榈酸、硬脂酸和油酸含量相对较为稳定,亚油酸含量随种子发育逐渐降低,而α-亚麻酸含量随种子发育不断增加直至成熟,占总脂肪酸的60％以上.     

花生种子发育过程中脂肪酸积累规律的研究

以鲁花14为材料,对花生种子发育过程中荚果和种子的发育情况以及花生种子脂肪酸的累积过程进行了研究。结果表明,在果针入土的第39天,小种子(远离果针一端)的平均长度超过大种子(靠近果针一端),在接近成熟时,小种子的平均质量超过大种子。在花生种子中,可以检测到12种脂肪酸。按含量由高到低依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、山萮酸、花生酸、二十四烷酸、花生烯酸、异油酸、亚麻酸、棕榈油酸、豆蔻酸。在花生种子发育过程中,脂肪酸含量随种子的发育逐渐增加,油酸含量不断增多,而亚油酸则呈缓慢减少的趋势。在接近成熟时,油酸和亚油酸占全部脂肪酸含量的79.4%。油酸亚油酸的比值随着种子的发育呈逐渐增大的变化规律。     

油葵HaDGAT2基因的功能及表达特性分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)在植物油脂合成中起关键作用,其活性高低与植物含油量显著相关。为探明油葵二酰甘油酰基转移酶2基因(HaDGAT2)的功能,本研究以‘新葵杂5号’为试验材料,从油葵中扩增HaDGAT2基因序列并构建酵母穿梭表达载体pYES2-Ha DGAT2,将重组载体转入酿酒酵母INVSc1后提取酵母总脂肪酸,甲酯化后GC-MS分析。结果显示,在酿酒酵母中可成功诱导HaDGAT2基因,且转HaDGAT2基因酵母中棕榈油酸(16:1)和油酸(18:1)含量与对照相比得到提高。结果表明,HaDGAT2基因在调控油脂合成的过程中具有重要作用。实时荧光定量PCR分析结果表明HaDGAT2基因在油葵根、茎、叶、花、子叶和不同发育时期的种子中都有表达,且在开花后31天的种子中表达量高,说明该基因表达无组织特异性,在油葵种子油脂积累后期起关键调控作用。本研究为深入了解油葵油脂和调控机制提供了基础,为今后利用分子育种手段提高并改良葵花籽油的品质提供了理论基础。     

花生硬脂酰-ACP酸脱饱和基因FAB2表达的分子机制

FAB2位于油酸合成通路的上游,编码硬脂酰-ACP脱饱和酶,调控硬脂酸(C18:0)向油酸(C18:1)转化。本研究发现高油酸品种开农176种子发育前期FAB2的表达量升高,而成熟期油酸过量积累会抑制FAB2的表达。利用开农176与开农70构建F2杂交群体,发现当植株油酸含量超过60%时会从整体水平上抑制FAB2的表达。种子发育前期,油酸不断积累会导致过氧化物酶活性升高,并且活性氧含量随之增加;但是在种子发育后期均降低,该结果与FAB2的表达量变化趋势相同。亚细胞定位结果表明, FAB2与FAD2分别定位于叶绿体与内质网。FAB2编码区序列多态性分析显示,该蛋白序列氮端的氨基酸结构缺失可能会导致硬脂酸含量升高。FAB2启动子序列存在大量AT碱基的富集区域,并且含有光响应、激素调控、转录因子结合的保守顺式元件。本研究发现过量积累的油酸会激活过氧化物酶介导的活性氧信号途径,进而通过细胞核内的未知转录因子调节上游基因FAB2的表达量,该结果不仅拓展了对FAB2的功能认知,也为培育高油酸花生品种提供了相关的理论指导。     

显齿蛇葡萄种子脂肪酸GC-MS分析

目的:研究显齿蛇葡萄种子的脂肪酸含量,并与其他采收部位的脂肪酸含量进行对比.方法:以二氯甲烷为抽提剂,利用索氏提取法提取显齿蛇葡萄种子中的脂肪酸,经甲酯化处理后,采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对显齿蛇葡萄种子的脂肪酸成分进行分析和鉴定.结果:显齿蛇葡萄种核和种皮中油酸、亚油酸含量较高,棕榈酸、油酸、硬脂酸相对含量由低到高的顺序为种核、种皮、茎和叶,而亚油酸含量则正好相反.结论:显齿蛇葡萄种子中不饱和脂肪酸的含量较高,具有很好的开发利用价值.     

高油酸油菜成熟期种子转录组分析

为了找出差异基因用于高油酸油菜育种,对两个油酸含量不同的高油酸油菜材料(油酸含量分别为84.4%和56.2%)成熟期种子进行转录组分析和实时荧光定量PCR分析。Illumina Hiseq TM2000测序得到8.09 Gb clean reads,组成52 361个unigene,平均长度为659 bp。比对公共数据库得到48 911(93.41%)个氨基酸序列。鉴定出6 414个在高油酸油菜和低油酸油菜中差异显著的基因,这些基因有1 296个在高油酸油菜中上调表达(20.21%),5 118个下调表达(79.79%),共有2 043个差异基因在119个代谢通路中富集表达。将其中14个与脂肪酸代谢和光合作用相关基因进行荧光定量PCR验证。Bna0799930,Bna0104450和Bna0305890在高油酸油菜中上调表达,其余的下调表达。Bna0501620,Bna0391450和Bna0084310在高油酸油菜中的表达量超过低油酸油菜中表达量2倍以上,分别为4.48倍,4.21倍和2.26倍。这些新发现的差异基因可用于高油酸油菜分子育种研究。     

紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因克隆与功能研究

二酰基甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase, DGAT)是植物合成三酰甘油(TAG)最后一步的关键酶,其中DGAT2在某些植物的种子油中能选择性积累更多不饱和脂肪酸。本文成功克隆了紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因(PfDGAT2),并进行生物信息学分析。PfDGAT2实时荧光定量结果表明,不同器官中PfDGAT2基因均有表达, 10 d种子的表达量最高,在根中的表达量次之,在种子发育中后期,PfDGAT2表达量逐渐降低。与野生型拟南芥相比,过表达PfDGAT2拟南芥种子含油率提高了21.68%～77.89%,其中种子含油率增加最多的4个株系,其亚麻酸(C18:3)增加4.57%,花生一烯酸(C20:1)增加7.44%,花生二烯酸(C20:2)增加5.4%,二十二一烯酸(C22:1)增加10.37%,而棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)和亚油酸(C18:2)含量分别降低了3.47%、6.64%和4.83%,油酸(C18:1)和花生酸(C20:0)分别只降低了0.18%和1.91%。本研究结果表明,紫苏PfDGAT2基因不仅能提高种子含油率,还能促进亚麻酸、花生一烯酸等不饱和脂肪酸的积累,这为研究植物不饱和脂肪酸的合成积累提供了参考及理论依据。     

棉花FAD2-1基因的RNAi载体构建及高油酸新种质的获得

【目的】在棉花纤维产量和品质不受影响的前提下,创造高油酸、低亚油酸棉花新种质。【方法】棉花FAD2-1基因是催化单不饱和脂肪酸的油酸形成多不饱和脂肪酸的亚油酸的关键基因,采用信息分析学方法分析其蛋白质性质、结构、功能;克隆GhFAD2-1的保守片段381 bp,构建RNA干涉载体,采用农杆菌介导的下胚轴侵染方法将干涉载体转入棉花。利用气相色谱-质谱联用仪(Gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)测定转基因T_2～T_4植株种子的脂肪酸成分及含量。对T_4转基因株系进行拷贝数鉴定、目的基因表达量检测、农艺性状及纤维品质考察。【结果】成功构建GhFAD2-1的RNA干涉载体并转入棉花,转基因株系目的基因GhFAD2-1的表达量显著低于对照,具有高油酸、低亚油酸的表型并且能稳定遗传给后代;转基因株系可将棉花种子油酸提高224.1%,将亚油酸降低237.5%。与对照材料相比,转基因株系的农艺性状、纤维品质没有明显差异。【结论】验证了棉花GhFAD2-1基因的功能并且为培育高油酸棉花品种提供了帮助。     

Napin启动子特异性表达油菜BnGPAT9基因

甘油三磷酸酰基转移酶(GPAT)基因编码参与植物油脂生物合成的酶。为了提高油菜籽含油量,促进油菜增产增油,改善菜籽油脂肪酸组分,克隆甘蓝型油菜Napin启动子与三酰甘油合成相关基因BnGPAT9,构建pBI121-Napin-BnGPAT9植物过表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥,采用气相色谱法分析种子中脂肪酸组分,通过索式抽提法测定种子中油脂含量,研究在种子中过表达BnGPAT9基因对种子油脂合成的影响。Napin启动子在线分析表明,克隆到的启动子具有大量TATA-box、CAAT-box以及ABRE、GCN4等特征元件,完全具备种子特异性表达功能;种子中脂肪酸组分分析显示,拟南芥种子中油酸(C18∶1)含量提高0.70～1.01百分点,亚油酸(C18∶2)和芥酸(C22∶1)含量降低;拟南芥种子含油量测定结果显示,种子中含油量显著增加1.91～2.56百分点。综上,甘蓝型油菜BnGPAT9基因对植物油脂合成具有重要作用,利用Napin启动子在拟南芥种子中过表达BnGPAT9基因可提高种子含油量并改善脂肪酸组成成分,为BnGPAT9基因应用于油菜油脂改良方面打下一定基础。     

9个光合作用相关基因在高油酸油菜近等基因系不同生育期中的表达研究

为了明晰与光合作用相关基因在不同油酸含量油菜中的表达,以高油酸油菜近等基因系出苗后7d去根植株、5~6叶期和越冬期的叶片、花瓣和授粉后20~35d的种子为材料,对9个转录组分析得到的差异基因在近等基因系中的表达进行研究。结果发现,在叶片中,除Bna0305890外,其余8个基因在高油酸油菜材料中的表达量均高于低油酸油菜,Bna0104450和Bna0084310的表达量尤其突出。在花瓣中除Bna0391450外,其余8个基因在高油酸油菜材料中的表达量均高于低油酸油菜,Bna0305890的表达量差异较大。在授粉后20~35d的种子中除Bna0104450和Bna0305890外,其余基因在高油酸油菜中的表达量均低于低油酸油菜,Bna0501620和Bna0391450的表达量差异较大。5个时期Bna0104450在高油酸油菜中的表达量均高于低油酸油菜,有望利用其进行高油酸油菜育种材料的早期筛选。     

低温胁迫对普通和高油酸花生种子萌发的影响

高油酸花生以其营养价值高和耐储藏等特点深受广大消费者和加工企业的喜爱。近年来,随着高油酸花生品种在我国的推广应用,高油酸花生在高海拔、高纬度地区的发芽期耐寒性成为关注热点。为探究花生种子的油酸含量与其萌发期耐寒性的相关性,本研究调查6组不同遗传背景的花生品种及其高油酸回交后代品系(BC4F8)在低温条件下的发芽率和发芽指数发现,在低温胁迫下花生的萌发期耐寒性与其油酸含量无显著相关性。在泉花551高油酸后代品系(Quanhua551-HO)低温发芽率显著低于其普通油酸含量亲本(Quanhua551-NO)的组合中,追踪分析8种主要脂肪酸在低温胁迫萌发过程中含量的变化发现,在低温胁迫下Quanhua551-NO中油酸含量显著减少且亚油酸含量显著增加,而Quanhua 551-HO中也表现出了油酸含量减少、亚油酸含量增加的趋势,但是未达到显著水平。进而分析上述2种材料中低温胁迫下各脂肪酸脱氢酶(fattyaciddesaturase2,FAD2)基因的表达模式发现,Quanhua551-NO中AhFAD2-1A/B受低温诱导显著上调表达,而AhFAD2-4A/B显著下调表达;在Quanhua551-HO中AhFAD2-4A/B受低温诱导持续显著上调表达,而AhFAD2-1A/B显著下调表达,推测由于高油酸花生中AhFAD2-1A/B编码蛋白失活, AhFAD2-4A/B在低温诱导下高量表达,部分弥补了AhFAD2-1A/B缺失的功能。综上所述,花生种子中油酸含量并不是决定其萌发期耐寒性的关键因素。     

棉花种子发育过程中脂肪及脂肪酸积累模式研究

通过对徐州142及其无绒无絮突变体不同发育时期棉子脂肪和脂肪酸组成含量的测定,分析棉子发育过程中脂肪及脂肪酸组成的积累模式。发现2个材料的棉子从开花后20 d到成熟这一阶段脂肪积累呈上升趋势,其中成熟种子含油量达到最高,且无绒无絮突变体材料各时期棉子脂肪含量都高于野生型。2个材料棉子发育过程中先后有8种脂肪酸成分出现,其中成熟棉子中油酸(C18:1)与亚油酸(C18:2)含量占脂肪酸总含量的72%左右,是棉子脂肪酸的重要组分。对棉子发育过程中各脂肪酸组成含量做相关分析发现徐州142中C18:1与C18:2呈一定正相关但不显著,而突变体材料中则呈极显著正相关。棉花的溶血磷脂酸酰基转移酶基因(Gh LPAAT1和Gh LPAAT2)在不同发育时期棉子中的表达水平与棉子脂肪积累趋势基本一致,推测其参与了棉子脂肪的积累。     

油茶生长发育过程中脂肪酸成分的测定分析

为了研究油茶生长发育过程中脂肪含量及脂肪酸成分的变化,分析测定2个油茶品种在不同生长时期油茶籽中的脂肪酸成分。采用索氏提取法提取油茶籽中的脂溶性成分,经甲酯化处理后用气象色谱分离和鉴定,运用面积归一法确定各成分的相对百分含量。结果表明,在整个发育过程中油脂形成有两个高峰,分别在9月上旬和10月上旬;种子种脂肪酸的主要组成是不饱和脂肪酸,油酸含量最高,其次是亚油酸和油酸,饱和脂肪酸以棕榈酸和硬脂酸为主,其中油酸呈明显上升趋势,棕榈酸和亚油酸呈明显下降趋势,硬脂酸呈小幅上升趋势,亚麻酸呈小幅下降趋势。     

向日葵DGATs基因家族的鉴定及表达分析

二酰基甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase, DGAT)在植物油脂代谢和抗逆过程中发挥重要作用。为探究DGAT基因在向日葵(Helianthus annuus L.)中的进化及在油脂积累和非生物胁迫应答中的功能,本研究以拟南芥AtDGATs基因为基础序列,通过同源比对从向日葵基因组中获得18个DGAT同源基因序列,并对其染色体分布、基因结构、蛋白保守结构域、系统进化关系、组织特异性表达以及非生物胁迫下的表达模式进行系统分析。结果表明,向日葵DGATs基因可分为4个亚族(DGAT1、DGAT2、DGAT3和WSD),且同一亚族成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序;HaDGATs基因的启动子区富含逆境和植物激素响应相关元件;片段复制是导致该基因家族扩张的主要因素; qRT-PCR结果表明, HaDGAT1、HaDGAT2和HaDGAT3主要在种子发育的早、中期表达,与种子油脂快速积累密切相关,而HaWSDs亚家族基因主要在茎、叶和花中表达。盐、低温、干旱和ABA处理后,多数HaWSDs基因在向日葵根、茎和叶中呈现诱导表达,推测其可能在对逆境胁迫的响应...     

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。