【摘 要】
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菜籽油是我国自产食用植物油的主要来源,油菜产业的稳健发展对满足我国不断增长的食用植物油需求具有重要意义。提高油菜种子含油量是油菜育种的重要内容之一。植物种子脂质合成的主要代谢途径已比较清楚,参与油脂合成的基因众多,单纯提高单个油脂合成基因表达对种子含油量影响有限。然而,种子油脂合成过程中存在调控油脂积累的基因,如WRI1、LEC2等。研究表明这些基因对种子油脂合成起着重要的作用。目前,有关调控油菜
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菜籽油是我国自产食用植物油的主要来源,油菜产业的稳健发展对满足我国不断增长的食用植物油需求具有重要意义。提高油菜种子含油量是油菜育种的重要内容之一。植物种子脂质合成的主要代谢途径已比较清楚,参与油脂合成的基因众多,单纯提高单个油脂合成基因表达对种子含油量影响有限。然而,种子油脂合成过程中存在调控油脂积累的基因,如WRI1、LEC2等。研究表明这些基因对种子油脂合成起着重要的作用。目前,有关调控油菜种子油脂合成的基因报道不多,因此,挖掘对油菜种子含油量起调控作用的新基因对提高油菜种子含油量有重要意义。本课题组先前利用505份甘蓝型油菜材料5年含油量的GWAS结果和309份发育中种子含油量的TWAS结果,定位到了27个显著的QTL位点以及与含油量显著相关的692个候选基因。本研究在本课题组已有的基础上参考了高低含油量品种在3个不同发育时期的转录组数据,并利用生物信息学分析预测了2个可能参与调控油菜种子含油量的候选基因:Bna A09.VIK和Bna A07.NAC13。其中,Bna A09.VIK位于QTL q OC.A09.5区间内。在油菜材料Westar和Columbia野生型拟南芥中过表达Bn VIK（Bna A09.VIK、Bna C08.VIK、Bna A06.VIK、Bna C05.VIK）和Bn NAC13（Bna A07.NAC13、Bna C07.NAC13）基因,并利用CRISPR/Cas9技术在油菜Westar中突变Bn VIK和Bn NAC13,最终获得了油菜和拟南芥的转基因株系。通过分析转基因材料种子含油量和脂肪酸含量,初步验证了Bna A09.VIK不仅影响油菜种子含油量,同时还影响了油脂脂肪酸组成。Bna A07.NAC13和Bna C07.NAC13也可影响油菜和拟南芥种子含油量,改变油脂脂肪酸组成。主要研究结果如下:过表达Bna A09.VIK的T1代油菜种子含油量比WT高了7.19%-7.57%,而将Bna A09.VIK和Bna C08.VIK同时突变后油菜种子的含油量则比WT低了4.37%-8.69%。Bna A09.VIK过表达的T1代油菜种子中C18:1含量和C18:0含量均高于WT,C18:2含量则均低于WT。分别在油菜中过表达Bna A07.NAC13及其同源基因Bna C07.NAC13,T1代油菜种子的含油量比WT高了2.52%-6.51%;同时突变Bna A07.NAC13和Bna C07.NAC13基因后,T1代转基因油菜种子含油量比WT低了2.93%-6.37%。此外,在拟南芥中分别过表达Bna A07.NAC13和Bna C07.NAC13,转基因拟南芥种子含油量比WT高了1.74%-3.90%。Bna A07.NAC13和Bna C07.NAC13同时突变后,T1代转基因油菜植株种子的C16:0、C18:2、C18:3含量均高于WT,C18:1含量则低于WT。与WT相比,过表达Bna A07.NAC13的T2代拟南芥植株种子的C18:1、C18:2含量升高,C18:3含量则下降。本研究表明VIK和转录因子NAC13可影响油菜种子的含油量和脂肪酸含量。结果显示VIK和NAC13可能是调控种子油脂合成的基因,VIK和NAC13基因功能的解析有利于我们进一步了解种子油脂合成过程中的调控机制,为进一步完善油脂合成的分子机制奠定了理论基础,同时也为培育高含油量品种提供新的基因资源。
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