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紫苏（Perilla frutescens L.）是一种分布广泛的特色油料作物,种子含油量高达45%～55%,其不饱和脂肪酸含量占总脂肪酸含量的90%以上,可以在食用油、中药材、动物饲料、工业原料和化妆品等领域广泛应用。紫苏油含有丰富的α-亚麻酸,是有利于人体健康的一种食用油,在医疗保健、预防疾病等方面有显著作用,是备受关注的深海鱼油的替代品。Δ~9-硬脂酰-ACP脱氢酶（stearoyl-acyl carrier protein desaturase,SAD）是提高植物体内不饱和脂肪酸合成积累的关键酶,在植物响应低温胁迫过程中起重要调控作用。SAD催化硬脂酰-ACP（C18:0）和棕榈酰-ACP（C16:0）分别在硬脂酰链的第9-10碳原子间加入一个碳碳双键,从而形成油酰-ACP（C18:1）和棕榈油酰-ACP（C16:1）,不同类型的SAD对底物的偏好性不同。本研究利用前期获得的紫苏转录组数据库筛选鉴定紫苏PfSADs家族基因,分析其编码蛋白的基本理化性质及空间结构,检测PfSADs基因在紫苏各组织器官中的时空表达情况,筛选出在各组织中均高表达的基因并进行c DNA克隆;构建重组酵母表达载体,并通过超表达INVSc1野生型酵母和BY4389缺陷型酵母验证紫苏SAD的酶活性、底物特异性及生物学功能;构建植物组成型表达载体,并通过PfSADs基因在烟草组织中的瞬时表达和过表达验证了PfSADs基因的功能;通过对紫苏幼苗及转基因酵母的低温处理,进一步解析了PfSADs基因在紫苏及转基因酵母中对低温的响应机制。主要研究结果如下:1.以拟南芥AtSADs基因编码的蛋白序列为模板,在紫苏转录组数据库中进行比对,共筛选到6条PfSADs基因序列,分别命名为PfSAD1-PfSAD6,生物信息学分析结果显示:PfSADs序列均具有酰基-ACP脱氢酶保守结构域,均属于Ferritin-like铁蛋白超家族;6个PfSADs基因编码氨基酸的长度为367～396 aa,均属于亲水性蛋白,多序列比对分析表明各基因之间具有高度保守性;进化树分析表明PfSAD1蛋白与拟南芥AtSAD1蛋白亲缘关系较近,PfSAD2和PfSAD3蛋白与拟南芥AtSAD3和AtSAD4蛋白亲缘关系较近,PfSAD4、PfSAD5和PfSAD6蛋白与拟南芥AtSAD6蛋白亲缘关系较近。2.运用RT-PCR和qRT-PCR技术分析PfSADs基因在‘晋紫苏1号’不同组织和种子不同发育时期的表达特异性。结果表明:这6个基因在各组织器官中有不同的表达模式,PfSAD1在叶中表达量最高,PfSAD2、PfSAD3、PfSAD4和PfSAD5在开花后30 d种子中表达量最高,PfSAD6在花中表达量最高,其中PfSAD3和PfSAD4在各组织器官中的表达总量明显高于其他基因,推测其可能参与紫苏生长发育过程中油脂的合成调控。因此,利用高保真酶在紫苏发育30 d种子中成功克隆到PfSAD3和PfSAD4基因的CDS序列,其中PfSAD3的长度为1173 bp,编码氨基酸长度为390 aa,PfSAD4的长度为1116bp,编码氨基酸长度为371 aa。3.构建pYES2.0-PfSAD3和pYES2.0-PfSAD4重组酵母表达载体,分别转入到野生型INVSc1酵母和缺陷型BY4389酵母中,检测转基因酵母的总脂肪酸及其脂肪酸成分的含量。结果发现,相比于转空载酵母,转PfSAD3和PfSAD4基因酵母总脂肪酸含量都有明显提高,转基因酵母脂肪酸组分中的不饱和脂肪酸有所升高,其中C18:1的含量升高最为显著,表明这2个基因参与酵母的不饱和脂肪酸合成过程;通过添加外源脂肪酸分析PfSAD3和PfSAD4基因的底物选择性,测定酵母的生长情况及脂肪酸组分,发现这两个基因均具有底物选择特异性,且对C18:0更具偏好性。4.构建pCAMBIA1303-PfSAD3和pCAMBIA1303-PfSAD4植物组成型表达载体,将重组载体转入农杆菌GV3101中,通过农杆菌介导的瞬时表达和遗传转化将目的基因转入普通烟草中。分析转基因烟草叶片的总脂含量及其组分,以转空载烟草叶片作为对照,转基因烟草叶片的总脂肪酸含量都明显增加,各脂肪酸组分所占比例发生变化,瞬时表达和遗传转化烟草叶片的单不饱和脂肪酸（C16:1和C18:1）含量均有所升高,其中C18:1的含量升高最多,表明PfSAD3和PfSAD4都具有SAD的催化活性,且对C18:0更具底物选择特异性。5.对紫苏幼苗进行4℃冷胁迫处理,分别在处理0、3、6、9、12、24、48 h时取样,分析PfSAD3和PfSAD4基因在冷胁迫下的表达模式和紫苏幼苗的不饱和脂肪酸含量,结果显示冷胁迫处理紫苏幼苗后,PfSAD3和PfSAD4基因的表达量均显著提高,且其表达量与幼苗不饱和脂肪酸脂肪酸含量呈正相关的关系,说明PfSAD3和PfSAD4基因的表达在紫苏幼苗抵抗低温胁迫过程中具有重要的影响;将转空载和转PfSAD3、PfSAD4基因酵母分别置于28℃和-20℃下进行培养,处理0、3、6、9、12、24 h后恢复培养12h,对转基因酵母生长情况及脂肪酸组分变化进行检测,结果表明-20℃条件下转基因酵母的生长活性及菌落形态均好于28℃的转基因酵母,-20℃处理下的转基因酵母不饱和脂肪酸含量显著高于28℃的转基因酵母,这表明转基因酵母经低温处理后能提高酵母的生长活性及其不饱和脂肪酸的比例,进而提高酵母对低温的耐受性。