甘藍(lán)型油菜（Brassica.napus）是*為重要的油料農(nóng)藝作物之一，研究其油脂的合成和代謝對(duì)于培育高含油量的油菜品種具有重要意義。在模式植物擬南芥和甘藍(lán)型油菜中，油脂主要是以甘油三酯（triacylglycerols，TAGs）的形式儲(chǔ)存在種子里。目前，針對(duì)促進(jìn)油脂積累研究多集中在甘油三酯合成和降解方面。干旱脅迫會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，但干旱脅迫響應(yīng)基因在植物油脂合成和代謝方面的作用與機(jī)理則研究相對(duì)較少。

　　4月10日，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院栗茂騰教授課題組在Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了題為Droughtresponsive genes, late embryogenesis abundant group3 (LEA3) andvicinal oxygen chelate (VOC), function in lipid accumulation inBrassica napusand Arabidopsismainly via enhancing photosynthesis efficiency and reducingROS的研究論文。本文揭示了干旱脅迫基因LEA與VOC可通過提高光合效率，降低活性氧對(duì)植物細(xì)胞的傷害，從而保證了干旱情況下甘藍(lán)型油菜與擬南芥中含油量的穩(wěn)定，以及提高了正常環(huán)境下種子中油脂的積累。

　　LEA作為一個(gè)小分子蛋白，在非生物脅迫中可起到穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和中和因脅迫脫水而增加的離子的作用，從而使得細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)滲透壓環(huán)境保持穩(wěn)定。甲基乙二醛（methylglyoxal，MG）是碳水化合物和油脂新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物，VOC基因主要編碼蛋白為甲基乙二醛酶I（GlyoxalaseI，GLYI），其可在谷胱甘肽的作用下可以對(duì)MG起到降解和轉(zhuǎn)化，從而幫助植物應(yīng)對(duì)非生物脅迫。在這項(xiàng)*新的研究中，栗茂騰教授研究團(tuán)隊(duì)首先從甘藍(lán)型油菜（AACC，2n=38）克隆了干旱脅迫相關(guān)基因BnLEA和BnVOC各4個(gè)拷貝，以及擬南芥同源的AtLEA與AtVOC基因，并分別構(gòu)建了種子特異表達(dá)啟動(dòng)子和CaMV35S啟動(dòng)子的超表達(dá)載體；結(jié)果顯示在擬南芥中超表達(dá)LEA和VOC基因的轉(zhuǎn)基因后代不僅抗旱性增強(qiáng)，而且種子含油量也有了顯著提高。同時(shí)，種子千粒重也有所提高；而擬南芥atlea3突變體和AtVOC基因的RNA干擾后代在干旱脅迫下的抗旱性和含油量則均明顯下降，突變體遺傳回補(bǔ)則可明顯使抗旱性和含油量表型回補(bǔ)。熱成像與顯微切片結(jié)果顯示，atlea3與AtVOC-RNA干擾后代的種子發(fā)育和葉表形態(tài)溫度等均會(huì)受到干旱影響。同時(shí)，在甘藍(lán)型油菜中也進(jìn)行了多個(gè)拷貝的BnLEA與BnVOC的超表達(dá)載體、BnLEA與BnVOC的RNA干擾載體進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)基因后代出現(xiàn)了相應(yīng)的抗旱性與含油量的表型。并且，相比于正常生長(zhǎng)栽培環(huán)境，在干旱脅迫的情況下，LEA與VOC基因的對(duì)含油量對(duì)作用效果更為顯著。為進(jìn)一步驗(yàn)證LEA與VOC基因的功能，對(duì)單基因的擬南芥和甘藍(lán)型油菜轉(zhuǎn)基因后代均進(jìn)行了雜交，包括正向調(diào)控株系和反向調(diào)控株系。相比于單基因的轉(zhuǎn)基因后代，雜交后代的含油量表型變化更為顯著。這說明作用機(jī)制不同的干旱脅迫響應(yīng)基因均可對(duì)植物油脂的積累產(chǎn)生影響。

　　為揭示干旱脅迫基因在油脂積累中的作用機(jī)理，本文選取超表達(dá)BnLEA，BnVOC，AtLEA，AtVOC以及atlea3突變體和AtVOC-RNAi植株的種子和葉片，進(jìn)行了長(zhǎng)期和短期干旱脅迫下多個(gè)組合的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。結(jié)果表明，LEA基因可使光合作用相關(guān)路徑、油脂合成網(wǎng)絡(luò)路徑上的基因表達(dá)上調(diào)；而VOC基因則可在油脂降解、乙醛酸代謝以及含氧化合物代謝網(wǎng)絡(luò)上起到作用。針對(duì)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序獲得的差異表達(dá)結(jié)果，通過進(jìn)一步的光合效率測(cè)定以及活性氧代謝系統(tǒng)中相關(guān)酶學(xué)和代謝物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了LEA基因可以在干旱脅迫的情況下，通過穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使得脅迫環(huán)境下油脂合成可以正常進(jìn)行，并有效提高光合效率，產(chǎn)生更多的有機(jī)物供給，實(shí)現(xiàn)植物油脂合成的增加。VOC基因可以降低甲基乙二醛和活性氧的含量，并使下游的油脂降解降低，從而促進(jìn)了植物種子中油脂的積累。本研究結(jié)果為油料作物的含油量的改良育種提供了新的思路和依據(jù)。

　　本論文的通訊作者為華中科技大學(xué)栗茂騰教授，*作者為梁語博士，來自華中科技大學(xué)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目小組成員，山東師范大學(xué)，湖北工程學(xué)院，黃岡師范學(xué)院的研究者也參加了相關(guān)研究工作。本研究得到國(guó)家973項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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