山杏PP2C37介导ABA信号途径调控油脂累积的机制

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山杏(Prunus sibirica L.)是一种亚洲所特有的生态经济型木本植物,它主要分布在我国的东部和北部地区。山杏的杏仁富含蛋白质和脂肪,其脂肪含量一般在55%左右,且它的出油率高45.8%,已经接近了大豆的3倍,这也是大多学者都把山杏作为试验油脂代谢的优秀材料的原因。众所周知,在植物中,脱落酸(ABA)是非常重要的一类植物激素,它与植物中许多生理反应和生化作用息息相关,比如植物种子的休眠,植物体气孔的开关等,同时也是植物在对抗逆境时所要依靠的一类非常重要的激素,具有很高的研究价值。因此,本研究评价了外源性脱落酸对油脂含量、脂肪酸组成、生物柴油性能和脂类化合物的影响。根据研究数据推测脱落酸信号途径在山杏(Siberian apricot seed kernel,SASK)成熟期间的油脂累积中起主要调控作用。然而,我们目前对ABA如何影响开发山杏中脂肪酸(fatty acid,FA)的组成和内容知之甚少。因此,外源ABA对脂类化合物的影响值得研究。本研究测试了ABA对山杏成熟过程中贮藏脂质积累的影响,测定了油脂含量和脂肪酸组成的动态规律,发现了脂肪酸组成的变化对生物柴油性能的影响。结果表明:(1)在ABA处理的样品和对照样品之间采用了早期(4WAA)、中期(6WAA)和晚期(8WAA)三个关键的时期进行对比分析。结果表明在成熟期8WAA(weeks after anthesis,WAA),ABA处理组的含油量比对照组高(增加6.55%),说明ABA的加入对SASK的油贮藏有积极作用,并明显提高了油酸和亚油酸的含量,此外,极长链脂肪酸(VLCFAs;C>20)也有少量增加,棕榈酸(C16:0)和亚麻酸(C18:3)含量略有下降。分析表明,不同的FA生物合成参与了ABA信号引起的复杂机制。(2)本研究中脂组学数据表明,在SASK的发育过程中,外源ABA的处理导致了TAG-18:1/18:1/18:2和TAG-18:1/18:1/18:1的高积累。研究结果表明,在SASK中,除肯尼迪途径中PA衍生DAG外,还存在其他合成或修饰DAG的途径。经脂质体分析,在SASK的发育过程中,18:1/18:1在PC和DAG之间显示出相似的时间分布,这意味着是PC和DAG之间酰基链的紧密连接。(3)对ABA影响西伯利亚杏含油量机制的深入研究中,筛选出一个对ABA信号传导过程有着积极影响的蛋白磷酸酶基因——PP2C37。对PP2C37的同源基因进行筛选,深入探讨PP2C37基因的功能,以山杏为试验材料,对山杏PP2C37基因进行克隆,通过遗传转化分析山杏油脂累积中该基因家族的功能,以便进一步的研究和探讨山杏发育中油脂累积过程中存在的ABA信号通路复杂的转录及转录后调节机制。(4)通过筛选得到拟南芥PP2C37基因缺失突变体的纯合子,并用“三引物法”和半定量PCR对其进行了鉴定。观察PP2C37缺失突变体拟南芥和野生型拟南芥的种子萌发率,根长等表型,以上生理学试验研究表明,在胁迫条件下不同浓度的ABA(0,1,3,5μM)处理后,当ABA浓度大于3μM时,突变体拟南芥相对于野生型拟南芥表现出对外源ABA的高敏感。本研究检测了ABA对脂肪积累和生物柴油性质的影响。外源ABA提高了山杏的总含油量,也影响了脂肪酸组分变化,进一步证明PP2C37基因作用于拟南芥ABA胁迫应答信号转导途径,激活胁迫相关转录因子,这一发现将有助于提高山杏油脂的质量。
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