花生油脂合成相关酰基转移酶基因的研究进展

花生是重要的油料作物和经济作物,我国花生年产量居世界第一,居国内油料作物首位,其总产的50%以上均用于榨油。囿于国内粮油争地矛盾和不断增长的油脂消费需求等因素,提高油料作物含油量对保障我国食用油脂安全具有重要的战略意义。花生种子油脂的主要成分为三酰甘油(TAG),其合成受到多个限速酶基因的协同调控,这些基因的时空表达特性、脂肪酸底物选择性和非生物胁迫响应等机制与油脂积累密切相关,最终影响油籽的产量和品质形成。植物油脂合成是涉及多个亚细胞区室、多条合成途径调控的复杂代谢网络,本文在总结植物油脂区室化合成步骤的基础上,对花生油脂的功能特性以及花生油脂合成途径中相关关键酰基转移酶的作用机制和研究现状进行归纳阐述,并提出存在的问题和建议,为花生油脂性状的精准鉴定和遗传育种提供参考。

水稻溶血磷脂酸酰基转移酶基因(LPAT)家族生物信息学分析及在籽粒油脂合成中的作用

【目的】挖掘水稻溶血磷脂酸酰基转移酶(Lysophosphatidic acid acyltransferase,LPAT)基因家族成员信息,分析其生物信息学特征及在水稻籽粒油脂合成中的作用。【方法】通过生物信息学分析,对OsLPAT基因家族进行基因结构、系统进化树、组织表达谱以及激素和逆境表达谱等分析。利用比较代谢组和转录组学的方法,分析OsLPAT家族各成员在水稻籽粒油脂合成中的作用。【结果】水稻基因组中LPAT家族包含5个成员,分别命名为OsLPAT1~OsLPAT5。除OsLPAT1外,其他成员均含有4~6个外显子,且各成员均包含Acyltransferase C-terminus(PF01553)结构域;进化分析显示,LPAT基因在单子叶植物中较为保守;OsLPAT2的表达受多种逆境条件及激素诱导,OsLPAT3和OsLPAT5的表达受到脱落酸(Abscisic acid,ABA)的强烈诱导,而OsLPAT4则特异性地受到渗透胁迫的诱导;比较代谢组和转录组学分析显示,OsLPAT家族各成员分别在籽粒发育的不同阶段发挥功能,从而促进油脂(Triacylglycerol,TAG)合成。【结论】水稻基因组中存在5个LPAT基因,其表达受到不同激素的诱导,可能在水稻激素响应过程中发挥作用。该家族成员参与了不同发育阶段籽粒中的油脂前体磷脂酸(Phosphatidic acid,PA)的合成,从而正调控籽粒中的油脂合成。

沙棘油脂合成关键基因GPD1和DGAT的克隆及功能验证

【目的】沙棘是水土保持和防沙治沙的重要木本油料树种,种子油富含生物活性成分,种子含油率低是制约沙棘开发和利用的主要瓶颈。本研究通过克隆沙棘种子油脂合成关键基因GPD1(glycerol-3-phosphate dehydrogenase)、DGAT1(diacylglycerol acyltransferase 1)和DGAT2(diacylglycerol acyltransferase 2),并进行了拟南芥异源过表达,以期为高油沙棘培育提供科学依据。【方法】基于沙棘转录组测序结果,以沙棘种子cDNA为模板克隆HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2基因,通过In-fusion连接技术构建pCAMBIA1300-mCherry表达载体,通过农杆菌介导法将表达载体转入农杆菌GV3101,采用农杆菌蘸花法获取过表达油脂合成关键基因的拟南芥植株。利用实时荧光定量qRT-PCR分析HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2在转基因拟南芥中的表达情况,利用氯仿甲醇法对T2代转基因和野生型的拟南芥进行含油量检测。【结果】通过PCR技术扩增得到了正确的HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2基因序列,HrGPD1全长975 bp,编码氨基酸324个,分子量为35.55 kDa,等电点为5.36;HrDGAT1全长1608 bp,编码氨基酸535个,分子量为61.24 kDa,等电点为8.84;HrDGAT2全长993 bp,编码氨基酸330个,分子量为37.21 kDa,等电点为9.72。GPD1蛋白序列中含有1个保守结构域,属于甘油-3-磷酸脱氢酶家族成员,与枣和桑树亲缘关系较近;DGAT1、DGAT2蛋白序列中各含有1个保守结构域,属于膜结合O-酰基转移酶家族成员,DGAT1与枣亲缘关系较近,DGAT2与苹果和梨亲缘关系较近。通过农杆菌转化技术得到了稳定过表达HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2的拟南芥株系。与野生型相比,过表达HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2基因拟南芥T2代种子的含油量分别提高了5.09%、4.73%和2.51%。【结论】克隆获得沙棘HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2的全长cDNA序列并鉴定功能,发现HrGPD1、HrDGAT1和HrDGAT2可以提高转基因拟南芥的种子含油量,为沙棘高油品种的培育提供了基因材料,对沙棘种子产油量提升具有重要意义。

基于油桐种子3个不同发育时期转录组的油脂合成代谢途径分析

油桐是我国重要的木本油料植物,过去对油桐的研究主要集中于栽培和常规育种,与油桐种仁油脂合成相关的分子机理研究还未见报道。文章采用RNA-seq技术对油桐种子油脂合成的3个不同时期的转录组进行比较,获得了大量差异表达的Unigene序列。在此基础上,通过GO分类和Pathway富集性分析将这些差异表达Unigene归类于128个代谢途径,其中包含与油脂合成相关的脂肪酸生物合成和甘油磷脂代谢途径。桐酸经脂肪酸生物合成途径合成后通过甘油磷脂代谢途径以桐油的形式贮存。将这两个代谢途径的Unigene序列在KEGG数据库中进行比对,获得了一些关键酶的同源蛋白质。文章通过对编码这些同源蛋白质的基因在油桐种子油脂合成期的表达模式进行分析,以期为油桐油脂合成,尤其是桐酸合成机理的解析提供理论参考,并为油桐的遗传改良提供潜在的基因资源,从而提高油桐的单位面积产量。

沙棘种子形成发育过程中油脂合成积累关键基因的表达分析

为探讨沙棘种子油脂积累与相关基因表达的关系,以不同发育期间（6月25日、7月6日、7月17日、7月28日、8月8日和8月19日）的近缘高油品系‘新俄3号’和低油品系‘绥棘1号’种子为试材,利用氯仿甲醇法测定含油率,采用实时荧光定量PCR方法分析限速酶基因的表达模式,验证各基因在天然高低油种子间的表达差异。结果表明：（1）除7月17日外,其他时期‘新俄3号’的种子含油率均高于‘绥棘1号’;7月6日～7月28日期间油脂迅速积累,而且‘新俄3号’种子含油率增速大于‘绥棘1号’。（2）油脂迅速积累期的GPD1基因高表达,可能通过促进3-磷酸甘油合成进而加速‘新俄3号’种子油脂高积累;油脂积累过程中DGAT1和DGAT2基因在‘新俄3号’种子中的表达量一直高于‘绥棘1号’。研究认为,GPD1、DGAT1和DGAT2基因可能与‘新俄3号’种子油脂的相对高积累有关。本研究结果为进一步深入验证沙棘油脂合成限速酶基因功能奠定基础。

高产脂微生物-深黄被孢霉M018变株的选育及其油脂合成条件的研究

以深黄被孢霉 (Mortierella isabellina) As3.341 0为出发菌株 ,经紫外线 (UV)、硫酸二乙酯 (DES)和亚硝基胍 (NTG)复合诱变处理 ,选育成功高产脂深黄被孢霉 M0 1 8变株 ,其摇瓶培养 ,菌体油脂含量达 65.6% ,比出发菌株提高 1 33%。60 m3罐三级发酵培养菌体油脂含量高达 79.2 % ,生物量达 37.8g/L。气相色谱分析表明变株 M0 1 8γ-亚麻酸的含量比出发菌株提高了 53%。连续传代试验表明 M0 1 8是一稳定的变株。该变株油脂合成的最佳碳源为葡萄糖 ,最佳氮源为酵母膏 ,最佳 C/N为40 0 :1 ,中温 (2 5～ 30℃ )适于菌丝生长 ,低温 (1 5～ 2 0℃ )适于细胞油脂合成。代谢曲线表明 M0 1 8变株是在培养基残氮极低时 。

油茶种仁成熟过程油脂合成代谢的转录组分析

以普通油茶品种"闽43"种仁为试验材料,应用转录组测序技术分析油茶种仁成熟阶段中3个发育时期转录组的表达差异,探讨油茶种子油脂代谢的分子机制。转录组测序结果发现,与脂肪酸和甘油三酯代谢相关的4个基因乙酰辅酶A羧化酶羧基转移酶α亚基基因(ACCase α-CT)、β酮脂酰合酶基因(KASⅢ)、长链酰基辅酶A合酶基因2(LACS2)和甘油三磷酸酰基转移酶基因4(GPAT4)随着油茶籽的成熟,表达水平呈上升趋势。4个基因的RT-q PCR的分析结果与转录组数据一致,此外,种仁的含油量的变化趋势与4个基因的表达水平相一致。研究结果表明,4个基因在油茶籽油脂代谢过程中发挥重要作用,有助于油茶籽含油量的增加。

缺氮介导的莱茵衣藻油脂合成过程的内参及标志物蛋白质的筛选鉴定

微藻被认为是最有潜力的生物能源原料之一,了解油脂合成机理、提升油脂合成的效率是重要的生物学问题.莱茵衣藻缺氮胁迫是油脂合成机理研究的模式系统,组学研究已经积累了大量的数据,但针对莱茵衣藻缺氮介导的油脂合成过程的内参及标志物蛋白质还鲜有报道.本研究对莱茵衣藻进行了对照和缺氮胁迫培养,比较了多个时间点(0、1、2、4和6d)在2种处理条件下的培养物表型、细胞密度、油脂含量以及总蛋白质含量的变化等特征.结果显示:莱茵衣藻细胞在受到缺氮胁迫后表现为培养物颜色由绿变黄;A750和细胞计数结果显示细胞生长趋于停滞;尼罗红染色定量实验鉴定到油脂含量的显著升高;考马斯亮蓝染色实验检测到总蛋白质含量降低.以20个莱茵衣藻蛋白质为候选,利用蛋白质印迹技术(Western blot,WB)检测了其在不同处理和不同时间点的表达特征变化,通过计算总蛋白质和候选蛋白质含量的皮尔森相关系数(Pearson’s correlation coefficient, PCC)筛选了莱茵衣藻缺氮胁迫的内参蛋白质,发现Histone H3、 RBCL(ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit)和BCR1(biotin carboxylase,ACCase complex 1)在对照和缺氮胁迫条件下均与总蛋白质含量变化呈现极显著或显著正相关,所以被选作内参蛋白质.进而通过比较候选蛋白质的平均相对倍率变化(average relative fold change, ARF),鉴定了莱茵衣藻缺氮胁迫的标志物蛋白质,发现ATPs-β(ATP synthase CF1beta subunit)、 GAP2(glyceraldehyde 3-phosphate dehydratase 2)和RMT1(rubisco large subunit N-methyltransferase 1)蛋白质的ARF值分别为180.59、52.90和12.48,明显高出其他蛋白质,由此把它们选做缺氮胁迫的标志物蛋白质.接下来,对缺氮胁迫早期(0、2、4、8、12、18、24和48 h)的样品进行蛋白质印迹法分析,发现可检测的ATPs-β、GAP2和RMT1的缺氮诱导条带出现的时间分别是8、18和12 h.综上可以认为,在所有候选蛋白质中,ATPs-β是出现最早且变化幅度最大的缺氮处理标志物蛋白质.本研究鉴定的内参和标志物蛋白质对了解缺氮应答及油脂合成机理会有所帮助,所积累的蛋白质表达信息可供研究同行参考.

与植物种子油脂合成相关的MADS-box转录因子研究进展

MADS-box转录因子由MADS-box基因编码,是一类关键的转录调控因子.MADS-box转录因子在植物激素信号传导、果实的形成、成熟和种子油脂的合成等方面扮演了重要的作用.本文综述了MADS-box转录因子的结构、植物种子油脂合成的途径以及与植物种子油脂合成相关的转录因子的研究进展.

沙棘果肉发育期油脂合成积累的源汇基因协同表达

[目的]探讨沙棘果肉油脂合成积累与源汇基因表达的关系。[方法]以8个不同发育时期的近缘高油品系‘TF2-36’和低油品系‘杂56’果肉为材料,利用氯仿甲醇法测定含油率,采用qRT-PCR技术分析油脂合成源基因(GPD1)和汇基因(DGAT1和DGAT2)在近缘高低油果肉间的表达差异及其对油脂合成积累的影响。[结果]研究表明:(1)沙棘果肉含油率呈先上升后稳定趋势,‘TF2-36’的果肉含油率一直高于‘杂56’;(2)GPD1、DGAT1和DGAT2基因在‘TF2-36’果肉发育期间中均有明显高于‘杂56’的表达量峰值,但GPD1表达量峰值出现在油脂快速合成期,DGAT1和DGAT2表达量峰值出现在油脂稳定积累期。GPD1在发育前期高表达,促进合成更多的TAG前体G3P,而DGAT1和DGAT2在发育后期高表达,则促进了TAG的高积累。[结论]沙棘果肉高油脂积累源于源基因"GPD1"和汇基因"DGAT1和DGAT2"的协同高表达,研究结果为理解沙棘非种子组织(果肉)油脂合成机理提供了理论依据。

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。

基于转录组测序的花生籽粒不同发育时期油脂合成相关基因差异表达分析

为研究花生籽粒不同发育时期油脂合成过程中基因的表达调控模式,对花后20、35、50、60d的花生籽粒(分别表示为HS20、HS35、HS50、HS60)进行转录组测序。通过对转录组测序数据进行分析,HS20、HS35、HS50、HS60样品的文库分别获得了109321068、106867224、109313082、107123540条Cleanreads。将得到的花生籽粒转录组数据按发育时期的先后顺序进行两两比对,HS20-vs-HS35、HS35-vs-HS50和HS50-vs-HS60的差异表达基因总数分别是25769、18403、12308个,其中上调表达基因分别占12.55%、62.92%、26.28%。对差异表达基因进行KEGGPathway分析,得到135条代谢通路,其中与油脂合成相关的有脂肪酸生物合成、不饱和脂肪酸生物合成、脂肪酸延长、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢等代谢通路。

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。

植物油脂合成调控的研究进展

植物种子是人们日常生活所需油脂的重要来源。近年来研究者对植物种子的研究阐明了油脂合成的机理,并挖掘了一些调控合成途径的关键酶和基因。在前人研究的基础之上,补充了成油途径、成油相关基因、转录调控等方面的进展,并从碳源供应、转运及胚乳的影响等方面概述了它们可能对植物油脂形成的影响。

薏苡油脂合成关键基因克隆及其生物信息学分析

【目的】掌握薏苡二酰甘油酰基转移酶基因(ClDGAT)、内质网油酸脱饱和酶基因(ClFAD2)和硬脂酸脱饱和酶基因(ClSAD)的生物信息学特性,明确薏苡油脂代谢调控机制,为今后开展以提高薏苡含油量和改良脂肪酸组成为目标的育种研究提供理论依据。【方法】利用RT-PCR和RACE克隆薏苡油脂合成关键基因(ClDGAT、ClFAD2和ClSAD),通过染色体步移技术获得ClFAD2和ClSAD基因启动子序列,并以ExPASy ProtParam tool、SMART、TMHMM Server v.2.0和SOPMA等在线软件进行生物信息学分析。【结果】从薏苡叶片中成功克隆获得ClDGAT、ClFAD2和ClSAD基因,NCBI登录号分别为MK589802、MK589803和MK589804。其中,ClDGAT基因cDNA序列全长1842 bp,其开放阅读框(ORF)为1539 bp,编码512个氨基酸;ClFAD2基因cDNA序列全长1768 bp,其ORF为1164 bp,编码387个氨基酸,无内含子;ClSAD基因cDNA序列全长1727 bp,其ORF为1182 bp,编码393个氨基酸,有2个内含子。ClDGAT和ClFAD2为不稳定蛋白,ClSAD为稳定蛋白;ClDGAT为疏水性蛋白,ClFAD2和ClSAD为亲水性蛋白。ClDGAT蛋白含有MBOAT功能域,有9个跨膜区;ClFAD2蛋白含有2个功能域(DUF3473和FA_desaturase),有3个跨膜区;ClSAD蛋白含有FA_desaturase_2功能域,无跨膜区。基于蛋白氨基酸序列相似性构建的系统发育进化树显示,ClDGAT、ClFAD2和ClSAD均与高粱对应的蛋白聚类在同一分支上,即薏苡在进化关系上与高粱的亲缘关系最近。ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上均含有光响应元件(Light responsive element)、生长素响应元件(Auxin-responsive element)、茉莉酸甲酯响应元件(MeJA-responsive element)和ABA响应元件(ABA responsive element)。【结论】ClFAD2和ClSAD基因启动子序列上含有抗逆性相关顺式作用元件和植物激素响应元件,说明ClFAD2和ClSAD基因不仅参与薏苡的籽粒发育及油脂合成,还可能与植株的抗逆响应相关。

油茶种子发育期油脂合成积累的源汇基因协同表达

为探讨油茶种子油脂的合成积累与源汇基因表达间的关系,以高油品系‘MY003’和低油品系‘MY008’的不同发育时期(6月2日、7月4日、8月5日、9月3日)种子为材料,利用氯仿甲醇法测定含油率,采用qRT-PCR技术分析油脂合成源基因(GPD1)和汇基因(DGAT1和DGAT2)在高低油种子间的表达差异及其对油脂合成积累的影响,为进一步研究油茶种子油脂合成积累的分子机制提供理论依据。结果显示:(1)油茶种子含油率均处于逐渐上升趋势(0.16%~24.1%),并在7月4日以后开始迅速上升,且‘MY003’种子含油率一直高于‘MY008’。(2)在‘MY003’种子中GPD1、DGAT1和DGAT2基因表达量均明显高于‘MY008’,DGAT1和DGAT2在源基因GPD1高水平表达后仍出现表达高峰;源基因GPD1在种子发育初期高表达,促进了TAG前体G3P的高效合成,而汇基因DGAT1和DGAT2在种子发育后期高表达,则促进了TAG的高效积累,GPD1与DGAT1、DGAT2之间呈正相关关系。研究表明,油茶种子油脂的合成积累来源于源基因GPD1和汇基因DGAT1与DGAT2的协同高表达。

外源褪黑素对盐胁迫下单针藻Monoraphidium sp.QLY-1油脂合成的影响

以单针藻Monoraphidium sp.QLY-1为研究对象,初步探索了不同浓度褪黑素对该藻在盐胁迫下油脂合成及相关基因表达、生理生化指标、胞内活性氧和谷胱甘肽的影响。结果表明,在10μmol/L褪黑素处理下,细胞中油脂含量达到51.74%,比盐胁迫组提高了1.21倍,同时,碳水化合物和蛋白质含量有所下降;褪黑素处理下油脂合成相关基因me和accD的表达水平是对照组的1.75和1.40倍;此外,外源褪黑素降低了藻细胞内活性氧的水平,缓解了盐胁迫导致的藻内氧化性损伤。在盐胁迫下,外源褪黑素可通过调控油脂合成基因及活性氧信号分子水平来进一步提高单针藻的油脂含量,该研究为提高微藻油脂合成提供了新的思路。

华中农业大学揭示稻米中油脂合成的新途径

近日,华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院水稻分子育种团队在Molecular Plant在线发表了题为“Genetic Architecture and Key Genes Controlling the Diversity of Oil Composition in Rice Grain”的研究论文,研究鉴定了水稻胚乳中11个油脂相关性状的99个QTL,克隆了4个对油脂组成自然变异有重要贡献的新基因,提出了水稻籽粒油脂生物合成的新途径,解析了稻米油脂合成遗传基础的最新研究成果。

用油脂合成的昆虫信息素

昆虫信息素大多数是长链的、单一或多不饱和碳氢化合物、脂肪醇、脂肪醇的乙酸酯和醛类。其分子结构上与油脂中的脂肪酸的结构相似。因此,从脂肪酸和油脂很容易制备纯净的昆虫信息素。这些化合物的半合成相对来说比较简单,并且产率较高。以相类似的方法,以常用动植物油为原料可直接合成昆虫信息素束。这一方法无疑要比合成单一组分,然后再复合的方法简单得多。

甘蓝型油菜油脂合成相关基因的动态表达分析

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是我国重要的油料作物之一,提高甘蓝型油菜种子的含油量是育种工作的目标。利用转录组测序技术(RNA-seq)对甘蓝型油菜“中9”不同发育时期的种子样品进行表达分析,重点关注进行油脂合成的相关基因的动态表达分析,明确这些基因在种子发育不同时期的表达情况,为进一步阐释油脂合成相关基因代谢调控机理提供素材。