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星油藤（Plukenetia volubilis Linneo），为大戟科(Euphorbiaceae)攀援状多年生木质藤本植物，其种子油中ω-3脂肪酸（主要成分是α-亚麻酸，ALA）占总油脂成分的50％以上，引起了世界油料产品开发商的高度关注。本研究调查了星油藤种子生长发育和油脂(ALA)的累积规律以及温度对星油藤种子累积ALA的影响;展开了星油藤种子两个不同发育时期的转录组学研究，对不饱和脂肪酸合成相关关键基因在种子发育不同阶段进行了表达模式分析;克隆并鉴定了若干与星油藤高效累积ω-3脂肪酸相关的基因，并通过在模式生物中的异源表达验证基因的功能;最后我们对星油藤PvFAD3基因的调控机制进行了初步研究。论文主要研究结果如下: 1.星油藤种子发育从雌花授粉开始到种子完全成熟大约需要112天，大体可分为三个时期:从授粉完成至35DAP，种子的鲜重和大小迅速增加;从35DAP至92DAP，这个时期主要是干重的快速增加;92DAP之后种子已接近完全成熟并开始脱水。糖的合成主要发生在星油藤种子发育的早期，油脂和蛋白质的合成和累积主要发生在种子发育的中后期。35DAP前，自由脂肪酸和磷脂是幼嫩种子总油脂的主要组成，饱和脂肪酸在总油脂和中性脂中的比例非常显著;35DAP后，随着种仁的发育中性脂的比例开始急剧增加，并且不饱和脂肪酸开始在中性脂和总油脂中富集。低温不利于种子累积油脂，但能够促进不饱和脂肪酸和α-亚麻酸的合成。同时低温增加了自由脂肪酸组分中饱和脂肪酸的含量以及磷脂组分中α-亚麻酸的含量。 2.利用Illumina高通量转录组测序技术，对两个发育不同时期的星油藤种子进行转录组深度测序，经测序组装共获得70，392个unigene，其中22，179个unigene在不同发育时期呈现差异表达。进一步的生物信息学分析发现有397个unigene与脂肪酸合成和累积相关，并且有多个编码脂肪酸脱氢酶的unigene在油脂快速合成时期表达水平显著上调。 3.在转录组数据的基础上，使用荧光定量PCR技术检测了17个不饱和脂肪酸合成相关基因的表达规律。使用叶的表达量作为参考，结果显示该17个基因展现了多样的表达模式，其中12个基因在种子各发育阶段的表达量高于其在叶中的表达，相对表达比率从1.4到26，200;17个基因在种子各发育阶段的表达量均高于其在根中的表达，相对表达比率从1.4到6，004。表达模式的聚类分析显示该17个基因在种子发育过程中形成了5类表达模式，其中3类模式（包括8个基因）与种子中ALA的积累在mRNA表达水平上密切相关。 4.采用RT-PCR和RACE技术(rapid amplification of cDNA ends)技术，克隆了三个星油藤的脂肪酸去饱和酶基因（PvFAD2，PvFAD3和PvFAD7），通过序列、结构域和进化树的分析，明确三者具有不同的定位和基因功能。PvFAD2和PvFAD3在酿酒酵母中都能够催化底物的去饱和，暗示了二者能够用于生产多不饱和脂肪酸生产的潜力。PvFAD3在烟草和拟南芥过表达能够大幅度提高ALA的含量，结合PvFAD3基因在星油藤种子发育过程中的表达模式，我们认为该基因是星油藤种子高效累积ALA的主效基因。 5.克隆了四个星油藤的酰基辅酶A:二酰甘油酰基转移酶基因（PvDGAT1-1、PvDGAT1-2、PvDGAT2和PvDGAT3），基因结构分析显示这三种类型的DGAT有着截然不同的功能结构域;系统发育分析显示它们是独立演化的产物。利用酵母TAG合成缺陷型菌株H1246分别异源表达星油藤的四种DGAT，发现PvDGAT1-1、PvDGAT1-2和PvDGAT2可以恢复酵母TAG的合成，但PvDGAT1-1、PvDGAT1-2对TAG累积量的贡献显著大于PvDGAT2。进一步在酵母培养基中添加亚油酸或α-亚麻酸，饲喂实验发现转基因酵母菌株对α-亚麻酸有明显的偏爱吸收。 6.调查了脂肪酸去饱和酶FAD3在蓖麻、小桐子和星油藤种子油脂累积不同时期的表达量，发现ALA的含量与FAD3基因的转录表达量直接相关。采用TAIL-PCR的方法克隆了PvFAD3基因的启动子，发现在PvFAD3的启动子中存在两个G-box顺式元件;同时我们也发现一条编码转录因子bZip的Unigene1230在油脂快速累积时期的星油藤种子中表达量显著上调。是否Unigene1230编码的转录因子通过与PvFAD3启动子上的G-box结合从而导致PvFAD3在油脂快速累积时期转录水平极大的提高正有待于进一步的验证。我们克隆了RcFAD3和JcFAD3，对三者的氨基酸序列和酶的功能进行了比较，发现PvFAD3的N端有更多的酸性氨基酸，带有更多的负电荷，而N端的负电荷与酶的半衰期成正比，这也许就是星油藤种子能够高效累积ALA的奥秘之一。在酿酒酵母里过表达RcFAD3和JcFAD3，发现RcFAD3不能催化亚油酸去饱和生成α-亚麻酸，而JcFAD3具有催化合成ALA的能力，其转化效率略低于PvFAD3，由此推测较强的酶的活性也可能是星油藤种子高效累积ALA的原因之一。