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油料作物种子的油脂是人类重要的营养和工业原料,有效提高其含油量和调控油脂成分成为提升油料作物生产效益的重要课题。因此,从油料作物中克隆、分析和鉴定硫酯酶基因(Fat)对于人工调控其含油量和油脂成分的研究具有重要意义。本论文主要通过从油菜种子中克隆植物酯酰酰基载体蛋白硫酯酶基因BnFatB,分析和鉴定了其生物学功能,从而为改造油菜脂肪酸方面提供了重要的理论依据。
植物脂酰一酰基载体蛋白硫酯酶(Fat)是一种终止脂肪酸合成的酶。它的基本功能就是将acyl-ACPs水解成游离脂肪酸和ACP,从而可达到终止脂肪酸从头合成途径中脂肪酸链延长过程的效果。植物中,不同的Fat具有其不同的底物特异性,直接决定了植物代谢过程中细胞油脂中脂肪酸的成分种类与数量。在不同植物物种及其组织中对于每种脂肪酸的需求量各不相同,因此at在植物细胞油脂代谢中就有着极其重要的作用。
本研究根据拟南芥AtFatB(GenBank:NM100724.2)基因序列利用同源序列克隆法从油菜品系宁油12种子的cDNA中克隆出一个全长为1350 bp的FatB基因,命名为BnFatB,并对其进行生物信息学分析。结果表明,BnFatB含有一个长度为1245 bp的开放阅读框(ORF),预测是编码一个含有414个氨基酸残基,其分子量为47.6 kDa,等电点为8.82的多肽,其中1-96位氨基酸为N-末端的叶绿体转运肽的裂解位点,H319和C354为该序列中两个关键的氨基酸残基。序列分析显示,BnFatB的编码氨基酸序列与BjFatB、AtFatB和MtFatB序列高度同源。BnFatB基因序列已递交GenBank数据库(GenBank: KC445243)。进化分析显示,BnFatB与BjFatB具有最近的亲缘关系,这也与它们物种间亲缘关系表现一致。
进一步分别通过实时荧光定量PCR方法和烟草系统共定位的方法对该基因在油菜中的组织特异表达模式和亚细胞定位作了分析,研究结果显示:油菜根、茎、叶、花和角果五个组织中均有表达,尤其是在发育的角果中表达最显著;亚细胞定位表明该基因被定位于叶绿体,与之前生物信息学预测结果一致。油菜油脂积累过程是从发育的角果到最终成熟的种子中,油脂合成途径中脂肪酸从头合成也是始于质体,鉴于此,我们初步确定油菜BnFatB在油菜油脂合成途径中起着重要的作用。
为了探究该基因在油脂代谢途径中的功能,采用水解蛋白酶缺陷型pep4酵母真核表达系统,通过在酵母细胞内异源表达油菜蛋白BnFatB,分别利用气相色谱、半定量和苏丹黑染色的手段对转基因酵母细胞的表达情况进行分析。结果显示:BnFatB基因在酵母细胞中表达水平与对照相比明显增加;酵母脂肪酸的气相色谱分析表明,与对照组相比C16∶0和C18∶0分别增加45.69%和21.66%;而C16∶1和C18∶1分别下降15.32%和30.58%。
为了更深入鉴定油菜BnFatB的生物学功能,我们还构建了该基因抗性为潮霉素的植物表达载体pCXSN_CaMV35S_BnFatB_NOS,然后通过农杆菌介导浸花法转化了甘蓝型油菜中双九号。目前已经通过抗生素筛选得到T1代阳性转基因种子。