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植物油脂是人类重要的食物和化学工业可再生资源。油菜是我国重要的油料作物,油脂主要是以三脂酰甘油(Triacylglycerol,TAG)的形式储存于油菜种子中的。二脂酰甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase,DGAT;EC2.3.1.20)催化酰基链从辅酶A酯转移到sn-1,2-二脂酰甘油DAG的sn-3位上从而形成TAG,该步骤是三酰甘油合成的最后一步且是其合成代谢途径中的限速步骤。DGAT由DGAT1和DGAT2两类基因编码的。迄今为止,许多针对DGAT基因的研究都集中于DGAT基因的表达对种子油脂的积累以及对种子中脂肪酸组成所起的作用上。油菜的含油量是一个非常复杂的多因素多基因控制的数量性状,前人采用常规育种的方法,已经得到含油量具有一定差异的油菜,但是这种含油量的差异,并没有和基因表达、基因结构及酶的活性联系起来。
本研究利用14C作为示踪物质建立了测定油菜DGAT酶活性的完整体系,并测定了高含油量品种(系)7698、7708、7719、8953(含油量45%-48%),低油量品种(系)7430、7432、7431、7385(含油量32%-35%)种子不同发育时期的DGAT酶活性。结果表明授粉后30天和40天是两个测定DGAT酶活性较好的时期,测定结果比较稳定。结果表明DGAT活性不能直接和最终的含油量及油脂大量积累的时间对应,并不是含油量高的品种其DGAT酶活性就一定高,但在授粉后30天和40天两个时期,低含油量品种其DGAT酶活性都较低。高含油量可能是不同酶单独或共同作用的结果。
前人己克隆了甘蓝型油菜DGAT1基因。本研究通过RACE方法,在甘蓝型油菜中首次克隆到DGAT2基因全长cDNA,并成功构建了BnDGAT2的酵母表达载体。在酵母中异源表达油菜的DGAT1和DGAT2基因,两者均能使其DGAT酶活性有不同程度的提高,也能使其酵母总脂含量也比空白对照有不同程度的提高,其中来自于白菜型油菜的DGAT1其作用更强于甘蓝型油菜的DGAT1和DGAT2。
利用半定量PCR方法研究了油菜DGAT1和DGAT2的时空表达规律,在整个油菜植株中,DGAT1为组成型表达,其在种子、叶子、叶柄、茎、下胚轴中均有表达,但在种子中表达量最大。而DGAT2为组织特异型表达,其主要在种子中表达,并在叶片和叶柄中有微量表达,其在种子中的表达量远远低于DGAT1。
运用Real-time PCR和半定量RT-PCR对2个高油品种(系)和2个低油品种(系)的甘蓝型油菜DGAT1和DGAT2在种子不同发育时期的表达进行了分析,揭示了两个基因在4个不同品种油菜中的时空表达特性及规律。DGAT1和DGAT2基因从转录水平上来看,遵循的规律是DGAT1的表达量随种子的发育呈逐渐递增趋势,在花后60天达到最大;DGAT2的表达量呈逐渐递增至花后50天时期,达到其表达量最大值随后逐渐递减。未发现在高含油量和低含油量的品种中,DGAT1和DGAT2的转录水平有明显的差异。我们有理由认为,实验中所发现的高含油量品种8953和7719酶活性高于其他品种,并不是由于这两个品种在DGAT1和DGAT2的基因转录水平上高于其他品种而造成的。
构建了异源表达DGAT1和DGAT2的植物表达载体并转化了野生型拟南芥,对得到的筛选植株进行了部分的PCR检测并获得了阳性植株,功能鉴定工作有待进一步进行。
本研究分析了不同含油量油菜品系(种)DGAT酶活性,探讨了DGAT1和DGAT2的基因时空表达特性,在酵母中研究了DGAT1和DGAT2的基因的表达对DGAT酶活性和油脂积累的影响,有助于了解油菜油脂积累的分子机制,为油菜高含油量的分子育种提供理论依据。