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黄连木fae1基因的克隆及表达分析

黄连木FAE1基因的克隆及表达分析

作者：陈金波北京林业大学

学位级别：硕士

黄连木是一种重要的木本能源植物,其种子油可用于生物柴油的制取。有研究报道脂肪酸延长酶1(fatty acid elongasel,fae1)是一种能催化脂肪酸碳链延长的酮脂酰CoA合成酶,而fae1基因是控制黄连木油脂合成的关键酶基因。本研究以黄连木种... 详细信息

黄连木是一种重要的木本能源植物,其种子油可用于生物柴油的制取。有研究报道脂肪酸延长酶1(fatty acid elongasel,fae1)是一种能催化脂肪酸碳链延长的酮脂酰CoA合成酶,而fae1基因是控制黄连木油脂合成的关键酶基因。本研究以黄连木种子为试材,根据NCBI数据库已发表的植物fae1基因序列设计引物,运用RT-PCR和RACE技术克隆获得黄连木fae1基因的全长cDNA序列(命名为Pcfae1),并对所获得序列进行了碱基组成、限制性酶切位点和重复片段分析。结果表明,Pcfae1基因cDNA全长1972bp,包含一个1536bp的完整开放阅读框,该序列与其它物种已克隆的fae1基因序列高度同源,推测Pcfae1基因可能为fae1基因。在此基础上,结合公共数据库和相关生物信息学软件,对Pcfae1基因编码蛋白的分子量、等电点等理化特性及一级、二级、三级结构进行分析和模拟。结果表明,Pefae1蛋白是一个含511个氨基酸,相对分子量57.81kD、等电点9.28,不含信号肽,定位于细胞质的跨膜蛋白。其二级结构主要是α螺旋和无规则卷曲,三级结构含有KCS蛋白家族典型的功能结构域fae1 CUT1 RppA。此外,本研究构建了fae1蛋白的系统进化树并开展了Pcfae1基因的原核表达研究。聚类分析表明,黄连木fae1与拟南芥的亲缘关系最为接近。原核表达实验结果表明,37℃条件下,1mM IPTG诱导4h,融合蛋白表达量最大。上述研究结果为黄连木fae1基因的功能鉴定及应用奠定了重要的基础,具有重要的应用价值和现实意义。

关键词：黄连木 fae1基因克隆生物信息学原核表达

利用拟南芥的fae1基因和酵母的SLC1—1基因通过生物技术提高油菜芥酸含量的尝试

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国外作物育种 2001年第4期20卷 37-45页

作者：邱敦莲 Vesna Katavic 等

基于fae1和FAD2基因的油菜种子脂肪酸生物合成遗传调控

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分子植物育种 2021年第17期19卷 5688-5695页

作者：郎春秀王伏林刘仁虎郑滔胡张华吴学龙吴关庭浙江省农业科学院病毒学与生物技术研究所杭州310021

脂肪酸延伸酶1基因fae1和Δ12-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... 详细信息

脂肪酸延伸酶1基因fae1和Δ12-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。

关键词： fae1基因 FAD2基因脂肪酸生物合成遗传调控油菜

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工业用高油高芥酸转基因油菜株系的获得

分子植物育种 2016年第3期14卷 586-592页

作者：石江华郎春秀王伏林吴学龙陈锦清吴关庭浙江省农业科学院病毒学与生物技术研究所杭州310021

芥酸在工业上具有诸多用途,目前主要从菜籽油中制取,提高芥酸含量和含油量是工业专用高芥酸油菜育种的两个重要目标。本研究在甘蓝型油菜高油品种CY2中籽粒特异正向表达拟南芥At fae1基因,增强脂肪酸延伸酶的活性,获得了两个高油高芥酸... 详细信息

芥酸在工业上具有诸多用途,目前主要从菜籽油中制取,提高芥酸含量和含油量是工业专用高芥酸油菜育种的两个重要目标。本研究在甘蓝型油菜高油品种CY2中籽粒特异正向表达拟南芥At fae1基因,增强脂肪酸延伸酶的活性,获得了两个高油高芥酸转基因株系,其芥酸含量由CY2的43%提高到了60%左右,含油量超过了50%,稍高于CY2。这一研究表明,极长链脂肪酸生物合成关键酶基因fae1表达的上调不仅能显著促进芥酸合成,而且对提高含油量也有一定作用。田间观察和考种结果显示,两个株系的主要农艺性状与CY2相仿,未发生显著变化。该转基因油菜的产业化开发将有助于降低企业的原材料和芥酸产品的生产成本。

关键词：油菜高油高芥酸 fae1基因基因工程

油菜种子脂肪酸组成的遗传调控及转基因油菜脂肪酸含量异交稳定性研究

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油菜种子脂肪酸组成的遗传调控及转基因油菜脂肪酸含量异交稳定性...

作者：杜海浙江师范大学

学位级别：硕士

油菜是重要的油料作物,菜籽油在我国食用植物油供给中占有举足轻重的地位,因此发展油菜生产是缓解我国食用植物油供给紧张形势、保障其供给安全的根本途径。迄今,我国双低油菜育种取得显著成绩,双低油菜普及率己达70%以上,在此基础上,... 详细信息

油菜是重要的油料作物,菜籽油在我国食用植物油供给中占有举足轻重的地位,因此发展油菜生产是缓解我国食用植物油供给紧张形势、保障其供给安全的根本途径。迄今,我国双低油菜育种取得显著成绩,双低油菜普及率己达70%以上,在此基础上,高油酸油菜育种日益受到重视。另外,因串粉异交所导致的油菜籽芥酸含量回升和油酸含量下降已成为双低油菜生产中的一个亟待解决的实际问题。从育种的角度赋予油菜一种串粉异交后仍能保持低芥酸和高油酸含量基本不变的机制无疑是解决这一问题的一种良策。根据以上背景,本实验室开展了建立基于脂肪酸延伸酶1基因fae1和△12-油酰脱饱和酶基因FAD2干涉表达的异交稳定型低芥酸、高油酸机制的探索。围绕这一目标,在已有工作基础上,本研究验证fae1干涉表达转基因株系保持低芥酸含量异交稳定能力;对FAD2干涉表达转基因株系进行分子鉴定和脂肪酸组分分析,筛选低亚油酸和亚麻酸转基因材料并验证其保持异交稳定能力;通过杂交聚合明确两目标基因协同干涉表达对油菜种子脂肪酸组分的调控作用。主要研究结果如下： 1、将fae1干涉表达的低芥酸转基因株系与三个常规高芥酸品种(系)杂交,经测定验证,转基因株系与杂交种子的芥酸含量相当,油酸含量变化不大,说明fae1干涉表达转基因株系具有很强的保持低芥酸含量异交稳定的能力,且保持了油酸含量的基本稳定。 2、对T2代FAD2干涉表达转基因株系进行PCR检测,绝大多数植株都能扩增出特异性目标条带;Southern杂交显示转基因为单拷贝和多拷贝插入;RT-PCR分析表明目标基因FAD2的表达受到明显抑制。这些结果说明,转基因已经整合到受体亲本基因组中并能稳定遗传。经脂肪酸组分分析,T2代收获种子中亚油酸含量约2-3%(对照为11.97%),亚麻酸含量约为3%(对照为6.49%)。 3、将FAD2干涉表达转基因株系与亚油酸和亚麻酸含量较高的三个常规品种(系)杂交,杂交种子亚油酸和亚麻酸含量平均为6.09%,与转基因植株的5.47%相近,远低于三个常规品种(系)的18.65%-22.82%,表明FAD2干涉表达转基因株系在异交条件下能够很好地保持低Ⅱ油酸和亚麻酸含量的稳定。 4、脂肪酸组分分析和比较表明,fael基因干涉表达使芥酸和花生烯酸含量从对照的38.92%和12.95%下降到1.76%和4.56%,油酸含量从24.28%提高到64.05%;FAD2基因干涉表达使亚油酸和亚麻酸含量分别降低78.5%和51.8%,油酸含量上升10个百分点;两目标基因协同干涉表达有效抑制了亚油酸、亚麻酸、花生烯酸和芥酸的合成,使F2种子中的油酸含量达到了75%。综上所述,本研究验证了fae1和FAD2干涉表达转基因株系在异交条件下能够分别保持低芥酸和低多不饱和脂肪酸含量基本不变,并通过两目标基因的协同干涉表达初步获得了高油酸、低芥酸和低多不饱和脂肪酸的转基因材料,这些结果将对今后培育推广异交稳定型低芥酸和高油酸油菜新品种提供可行的理论依据,对保障菜籽油的食用品质、营养价值和供给安全,促进我国油菜生产可持续发展做出贡献。

关键词：油菜 fae1基因 FAD2基因 RNA干涉表达脂肪酸含量异交稳定性

甘蓝型油菜皖油12种子中含芥酸甘油三酯的空间分布

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中国油料作物学报 2021年第2期43卷 338-345页

作者：杜卓霖郭亮鲁少平华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室湖北武汉430070

油菜是重要工业原料芥酸(C22:1)的来源作物,从空间分布的角度解析油菜种子中芥酸积累的机制,为高芥酸油菜育种提供新方法。利用基质辅助激光解吸电离-质谱成像技术,以芥酸含量为26%的甘蓝型油菜皖油12为材料,分析甘油三酯(triacylglycer... 详细信息

油菜是重要工业原料芥酸(C22:1)的来源作物,从空间分布的角度解析油菜种子中芥酸积累的机制,为高芥酸油菜育种提供新方法。利用基质辅助激光解吸电离-质谱成像技术,以芥酸含量为26%的甘蓝型油菜皖油12为材料,分析甘油三酯(triacylglycerol, TAG)在种子的外子叶、内子叶及胚轴中的空间分布。结果表明C58、C60和C62类型的TAG主要富集在种子的子叶(包括外子叶和内子叶),而C原子数小于58的TAG则主要富集在胚轴中(除TAG-54:2、TAG-54:3和TAG-56:2~TAG-56:5无分布差异)。分析开花后38 d种子外子叶、内子叶及胚轴中基因fae1(fatty acid elongase 1)的表达量,发现fae1在外子叶和内子叶中的表达量分别是胚轴中的约10倍和20倍。结果表明,种子不同部位fae1表达量的差异是影响含芥酸TAG在种子中分布的主要因素。

关键词：油菜芥酸 fae1基因 TAG 基质辅助激光解吸电离-质谱成像技术空间分布

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油菜籽脂肪酸组成的遗传结构剖析

中国油料作物学报 2023年第2期45卷 240-252页

作者：杨雨婷于文凯徐颖王会梅德圣蒋立希胡琼刘佳中国农业科学院油料作物研究所/农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室湖北武汉430062 浙江大学农业与生物技术学院作物科学研究所浙江杭州310058 中国农业科学院研究生院北京100081

为选育高油酸油菜品种,发现脂肪酸合成相关的主效/微效基因和等位变异,剖析甘蓝型油菜籽油脂中脂肪酸自然变异的遗传结构基础,以来自世界各地的289份油菜种质核心资源为材料,基于基因组重测序数据和其在长江流域中下游主产区两个环境中... 详细信息

为选育高油酸油菜品种,发现脂肪酸合成相关的主效/微效基因和等位变异,剖析甘蓝型油菜籽油脂中脂肪酸自然变异的遗传结构基础,以来自世界各地的289份油菜种质核心资源为材料,基于基因组重测序数据和其在长江流域中下游主产区两个环境中的脂肪酸组成表型,进行全基因关联分析。结果发现9个位点显著调控油脂品质,其中A08和C03染色体上的两个位点为主效应位点,表型解释率分别为45.01%和43.52%,分别对应于Bnfae1.A08和Bnfae1.C03两个主效基因;在其它7个微效应位点上筛选到了6个候选基因。变异分析发现,在Bnfae1.A08基因及上下游2 kb区域有38个SNP(单核苷酸多态性)和5个InDel(插入和缺失)变异、Bnfae1.C03起始密码子后6 bp位置上1个InDel的变异影响了油酸含量。两个主效基因变异构成的单倍型组Hap1能够准确鉴定出油酸含量达64%的油菜品种,且Hap1单倍型组可追溯到最早的双低油菜品种Tower。通过进一步关联分析,在A05染色体上找到小效应位点O9.A5,能在两个主效应位点Hap1基础上将油酸含量提高到71.87%。

关键词：甘蓝型油菜脂肪酸组成 GWAS fae1基因高油酸