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脂肪酸(Fatty acid)是一类羧酸化合物,由碳氢组成的烃类基团连结羧基所构成。脂肪酸是种子油的主要组成成分,为人类提供膳食所需的丰富营养和能量。表皮蜡质(Wax)主要是由碳原子数在20～34碳之间的特长链脂肪酸及其衍生混合物(包括烷烃、醇、醛、脂肪酸和酯等)组成,可以保护植物抵御干旱、紫外线辐射、病、虫、菌害等的侵害。表观遗传学是目前生命科学领域的研究热点。本论文以脂肪酸代谢调控为核心,在表型观察的基础上,对拟南芥组蛋白乙酰转移酶GCN5调控种子脂肪酸含量和组成及茎秆表皮蜡质生物合成的分子机理进行了系统深入地研究。获得的主要研究结果如下:1.测定17个组蛋白修饰相关突变体及其野生型种子的脂肪酸含量和比例,发现组蛋白乙酰转移酶GCN5突变后种子中总脂肪酸含量显著降低,且亚麻酸/亚油酸的比例也明显下降。通过Illumina高通量转录组测序(RNA-Seq),结合染色质免疫共沉淀(ChIP)方法,鉴定出GCN5直接调控的4个脂肪酸基因,即FAD3,LACS2,LPP 和PLAⅢ β,其中FAD3基因编码一个脂肪酸去饱和酶,负责亚油酸到亚麻酸的生物合成。研究还发现,拟南芥种子中FAD3的表达水平依赖于GCN5介导的H3K9/14乙酰化,而且超表达FAD3基因到gcn5突变体中,可以将亚麻酸/亚油酸的比例恢复到野生型的水平。另外,超表达GCN5基因到野生型中,可以提高种子中亚麻酸/亚油酸的比例,同时对总脂肪酸含量没有显著影响。据此,我们提出GCN5通过直接调控FAD3基因启动子区域的乙酰化水平影响拟南芥种子脂肪酸的生物合成。2.与野生型相比,gcn5突变体的茎秆表皮表现出明显变绿的特征。扫描电镜和光学显微镜观察结果显示,突变体茎秆表面蜡质晶体明显减少。GC-MS测定结果显示,gcn5突变体表皮蜡质含量显著降低。通过Illumina高通量转录组测序(RNA-Seq),结合染色质免疫共沉淀(ChIP)方法,鉴定出3个参与表皮蜡质生物合成的GCN5候选靶基因,分别为CER1-L1、CER26、CER3。其中,CER3基因编码一个假定的乙醛脱羧酶,主要催化蜡质合成过程中超长链脂肪酸还原为醛类的反应。进一步研究证明,GCN5通过调控CER3基因启动子区域H3K9/14位点的乙酰化水平影响它的表达,进而参与表皮蜡质的合成。在gcn5突变体中超表达CER3可以提高其表皮蜡质含量达到野生型的水平。本论文首次揭示了组蛋白乙酰化修饰对茎秆表皮蜡质生物合成发挥着重要的调控作用。