利用BnMEE45基因创制油菜大粒高油新种质

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油菜作为重要的油料作物之一,其含油量高低对我国粮食安全和农业生产发展具有重要影响。近年来,我国城镇化进程加快,耕地面积逐年减少,单位面积种子产量和产油量已经成为影响油菜种植的重要因素。前期研究发现,拟南芥MEE45基因具有调控种子大小的功能。本研究在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中鉴定到拟南芥MEE45的同源基因,将其命名为BnMEE45。在油菜和拟南芥中过量表达BnMEE45基因,转基因种子显著变大,油脂含量明显增加。本研究为创制大粒、含油量高的油菜新种质提供了重要的理论基础。主要研究结果如下:(1)油菜BnMEE45基因的鉴定和表达模式通过进化树分析和同源序列比对,在甘蓝型油菜中鉴定到与拟南芥MEE45基因亲缘关系较近且功能未知的同源基因,将其命名为BnMEE45。在烟草中进行亚细胞定位观察,发现BnMEE45蛋白定位于细胞核,表明BnMEE45可能作为转录因子行使功能。在甘蓝型油菜不同组织中对BnMEE45基因表达水平进行检测,发现其在种子中表达量最高,表明BnMEE45可能在油菜种子发育过程中发挥重要作用。(2)油菜BnMEE45具有调控种子大小的功能在甘蓝型油菜和拟南芥中分别转入35S::BnMEE45过表达载体,获得稳定转基因株系,发现转基因油菜和拟南芥的种子均显著变大,粒重明显增加;在拟南芥mee45背景下转入35S::BnMEE45过表达载体,发现拟南芥MEE45基因突变所导致的种子变小和千粒重降低的表型被恢复。这些结果表明,BnMEE45具有调控种子大小的功能。对野生型和BnMEE45过表达油菜株系进行转录组数据分析,发现过量表达BnMEE45能够提高与种子发育相关基因的表达,其中BnARF19的同源基因被报道具有调控麻风树种子大小的功能。在拟南芥中过表达BnARF19基因,转基因株系种子显著变大。烟草Luciferase实验表明BnMEE45能够激活BnARF19的表达。这些结果表明,油菜BnMEE45可能通过调节BnARF19基因的表达调控种子大小。(3)油菜BnMEE45具有调控油脂生物合成的功能对野生型油菜与BnMEE45过表达株系的转录组数据进行分析,发现过量表达BnMEE45基因,油脂生物合成相关的基因表达上调,油脂代谢相关的基因表达下调。脂肪酸含量结果发现,BnMEE45过表达株系中,油菜种子脂肪酸含量显著高于野生型。分析拟南芥野生型Col-0和突变体mee45的转录组数据,发现在mee45突变体中,与油脂生物合成相关的基因表达下调;并且脂肪酸含量测定结果发现,mee45突变体中脂肪酸含量显著低于野生型,表明拟南芥MEE45同源基因也具有调控油脂的功能。在拟南芥mee45突变体背景下转入35S::BnMEE45过表达载体,获得稳定株系,发现拟南芥MEE45基因突变所导致的油脂合成基因表达下降被恢复。这些结果说明油菜BnMEE45基因具有调控油脂合成的功能。烟草Luciferase实验表明BnMEE45能够激活BnWRI1和BnOLE4的表达,说明油菜BnMEE45可能通过调节BnWRI1和BnOLE4基因的表达调控油脂合成。综上所述,我们在甘蓝型油菜中成功鉴定到调控种子大小和油脂含量的关键基因BnMEE45,并且过量表达该基因能够提高油菜种子的百粒重和脂肪酸含量。本研究将为创制大粒、高油油菜新种质奠定坚实的材料基础。
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