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BnaWRKY6.A9影响花器官发育、种子含油量和脂肪酸合成的初步研究

BnaWRKY6.A9影响花器官发育、种子含油量和脂肪酸合成的初步研究

引用

作者：徐诺浙江大学

学位级别：硕士

油菜作为我国第一大油料作物,在我国广泛种植。植物油作为一种重要的人类食品和动物饲料,含有不饱和脂肪酸和各种维生素,具有很高的营养价值。近年来,植物油对国产食用油的贡献率也在逐步提高。在植物中,脂肪酸是植物种子脂质的主要成分... 详细信息

油菜作为我国第一大油料作物,在我国广泛种植。植物油作为一种重要的人类食品和动物饲料,含有不饱和脂肪酸和各种维生素,具有很高的营养价值。近年来,植物油对国产食用油的贡献率也在逐步提高。在植物中,脂肪酸是植物种子脂质的主要成分,包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。其中,油菜籽油的不饱和脂肪酸含量约占脂肪酸总量的94%,而其中富含的油酸作为一种单不饱和脂肪酸,化学性质稳定易于被人体吸收,这也使得油菜成为一种十分优质的油料资源。因此深入挖掘甘蓝型油菜中参与脂肪酸合成的重要功能基因,能为油菜高含油量高品质育种,提供重要的理论依据和基因资源,进而提高我国食用油的品质和自给率。本研究以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)为实验材料,探究了在油菜BnaWRKY6.A9基因在油菜花器官形态建成、种子生长发育及不饱和脂肪酸积累过程中的作用。而且本论文通过RNA-seq技术筛选了BnaWRKY6.A9转录因子下游参与脂肪酸合成的差异表达基因,初步揭示了BnaWRKY6.A9通过直接结合下游靶基因BnaFAD3.C4和BnaFAE1.C8的启动子区域转录抑制其表达来调控脂肪酸的合成的功能。这些结果能够为甘蓝型油菜品质育种提供重要的理论依据和基因资源,有重要的应用价值。本研究所取得的主要结果如下:1)BnaWRKY6.A9基因功能预测。通过分析BnaWRKY6.A9启动子区域的顺式作用元件的功能,推测BnaWRKY6.A9可能调控种子生长发育进程。多序列比对结果显示WRKY6在各十字花科植物中的同源基因都具有WRKY保守结构域及CH型锌指结构。通过构建双子叶植物中WRKY6同源基因进化树,发现甘蓝型油菜BnaWRKY6.A9与拟南芥WRKY6亲缘关系很近,可能具有相似或相同的功能。2)BnaWRKY6.A9影响花器官的发育。GUS组织染色结果显示BnaWRKY6.A9主要在花器官尤其是花药和柱头中表达。本文构建了BnaWRKY6.A9的过表达和CRISPR/Cas9基因编辑载体,并通过遗传转化技术获得转基因材料。表型观察发现,过表达Bn WRKY6 OE株系的花朵变小,花苞数量减少且柱头外露。3)BnaWRKY6.A9影响种子生长发育及脂肪酸合成。本文在甘蓝型油菜中过表达BnaWRKY6.A9的种子干瘪变小,而bnwrky6的种子圆润饱满且含油量显著上升。可溶性糖作为脂肪酸合成的碳源,在bnwrky6中含量显著降低;而可溶性蛋白质与脂肪酸的合成具有底物竞争关系,在bnwrky6中含量也有显著下降,说明在bnwrky6中底物更多转化为了脂肪。此外,利用近红外法对油酸和芥酸含量进行测量,结果显示Bn WRKY6 OE含油量相比于野生型虽略有下降但油酸含量显著上升,芥酸含量极显著下降并接近为零。4)BnaWRKY6.A9参与脂肪酸合成过程。本文通过选取BnaWRKY6.A9纯合敲除株系与野生型的花芽分化时期样品进行转录组测序,GO及KEGG注释中显著差异基因在脂肪酸合成通路上均有显著富集。同时对富集在脂肪酸合成通路上的潜在下游靶基因进行分析,发现催化油酸转化为芥酸的脂肪酸碳链延长酶BnaFAE1.C8和催化亚油酸转化为亚麻酸的脂肪酸去饱和酶BnaFAD3.C4的编码基因在bnwrky6中显著上调。而植物中的脂肪酸合成处于动态可逆平衡,BnaFAD3.C4酶活性受到抑制会积累大量亚油酸,从而促使平衡向积累油酸的方向移动导致油酸含量上升。5)BnaWRKY6.A9通过直接结合在下游靶基因BnaFAE1.C8和BnaFAD3.C4启动子区域的W-box元件转录抑制其表达。荧光定量PCR结果显示在过表达株系中BnaFAE1.C8表达量显著降低,且在敲除株系中BnaFAD3.C4表达量显著增加。通过扩增含W-box元件的BnaFAE1.C8启动子区域进行双荧光素酶报告实验验证了BnaWRKY6.A9直接结合在BnaFAE1.C8的W-box元件。此外通过酵母单杂交实验,双荧光素酶报告实验及Ch IP-q PCR实验共同验证了BnaWRKY6.A9在BnaFAD3.C4的W-box元件和起始密码子前500bp区域内均有结合。综上所述,本文挖掘了甘蓝型油菜中影响花器官及种子脂肪酸合成关键基因BnaWRKY6.A9的功能,同时发现了过表达BnaWRKY6.A9能够获得高油酸低芥酸的高品质油菜种质资源。此外,我们还进一步筛选了BnaWRKY6.A9在脂肪酸合成通路上的下游关键靶基因,首次发现了BnaWRKY6.A9转录因子在脂肪酸代谢网络中的功能。这些研究成果可为我国油菜高品质育种提供理论基础和重要的基因资源,对提升国家食用油自给率具有重要的实际应用价值。

关键词：甘蓝型油菜 BnaWRKY6.A9 BnaFAE1.C8 BnaFAD3.C4 种子生长发育脂肪酸合成

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蔗糖合成酶（GhSUS）基因家族与棉花纤维生长关系初探

蔗糖合成酶（GhSUS）基因家族与棉花纤维生长关系初探

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中国棉花学会2013年年会

作者：黄圣何鹏俞嘉宁陕西师范大学生命科学学院

蔗糖合成酶（Sucrosesynthase）在植物中是参与糖代谢的关键酶之一,植物体中可以同源四聚体形式存在。该酶催化:sucrose+UDP→fructose+UDPG的可逆反应,以前的研究表明SUS的功能主要参与淀粉及纤维素的合成。近来越来越多的报道发现,SU... 详细信息

蔗糖合成酶（Sucrosesynthase）在植物中是参与糖代谢的关键酶之一,植物体中可以同源四聚体形式存在。该酶催化:sucrose+UDP→fructose+UDPG的可逆反应,以前的研究表明SUS的功能主要参与淀粉及纤维素的合成。近来越来越多的报道发现,SUS在植物抵抗逆境胁迫,影响种子生长发育和纤维伸长方面具有关键作用。本文对棉花蔗糖合成酶基因进行了生物信息学分析,并对陆地棉徐142野生型和突变体在纤维生长发育时期SUS基因家族表达模式做了初步的研究,结果表明SUS基因的表达在野生型和突变体中存在差异,GhSUS7可能与纤维生长发育有关。

关键词：蔗糖合成酶纤维伸长种子生长发育

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