紫苏[Perilla frutescens（L.）]是我国特色的药食同源型一年生草本油料植物,其种子富含α-亚麻酸,深入挖掘和解析紫苏ALA生物合成关键基因及功能对于优质油脂植物的新种质创制具有重要意义。本研究在课题组完成全基因组测序基础上,以高油“紫苏M40”为材料,运用生物信息学及植物基因工程手段,对紫苏PfFAD基因进行筛选及分析,克隆ALA合成关键酶基因并遗传转化拟南芥,创制了高ALA含量的拟南芥新种质。论文主要研究内容及结果如下:1、PfFAD基因筛选及结构特征。利用FAD蛋白及HMM模型对紫苏全基因组进行搜索和比对,最终从紫苏中筛选出35条PfFAD基因用于后续分析,其分属4个功能不同的亚族,同一个亚族基因具有相似的内含子-外显子结构,保守结构域及亚细胞定位,且含有功能的保守组氨酸盒。功能元件分析发现PfFAD基因可能参与植物生长发育及防御应答调控。2、PfFAD基因表达特征。紫苏转录组数据分析,紫苏PfFAD基因表达具有时空特异性,其中Pf SAD基因主要在种子发育中后期表达上调;Pf SLD,Pf DES基因在种子发育早期基因表达明显增加;Δ12FAD和ω-3 FAD基因中主要存在两种基因表达模式,质体型PfFAD基因主要在叶,茎、花等组织中表达,而微体型基因在种子发育的中期、后期表达增加。部分PfFAD基因进行q RT-PCR验证,其基因表达特征与转录组基因表达趋势一致。3、ω-3FAD基因克隆。克隆了5条ω-3FAD基因,其编码氨基酸范围为390～568aa,除PfFAD7/8.5-clone不含TMs和部分缺失组氨酸盒外,其余4条ω-3FAD含有三个Hisbox和4个TMs,其中2条PfFAD基因对ALA合成具有高催化活性。4、拟南芥遗传转化及功能分析。通过浸花法将PfFAD3.1基因遗传转化拟南芥,鉴定获得8株T3代纯合的转基因拟南芥植株。与野生型相比,转基因株系种子大小无明显差异,但植株抽薹期提前2～3天,且出现茎变紫现象。GC-MS分析种子脂肪酸组成,发现ALA含量增加了19.53～43.29%,且其他多不饱和脂肪酸含量也增加,但硬脂酸及油酸含量降低。PfFAD3.1基因表达对受体植物生长发育及多不饱和脂肪酸的积累具有促进作用。5、ALA合成通路基因表达:为探明PfFAD3.1对植物生长发育及脂肪酸合成影响,对ALA合成通路相关基因表达特征进行分析,发现种子中ACCase,FAT,FAD2,DGAT等脂肪酸合成和积累关键酶基因,及种子发育相关调控因子WRI1,ABI3,FUS3基因表达上调。PfFAD3.1可能通过调控脂肪酸代谢通量参与种子生长发育的调控。