花生种子含油量调控基因的研究

本课题以重要的油料作物花生为研究对象，克隆种子油脂合成和积累密切相关的转录因子LEC、FUS3、ABI3和WRI1等的全长序列和启动子序列，在拟南芥等模式植物中验证其功能和表达特性，分析植物脂肪酸合成和油脂积累的调控关系。进而筛选对提高种子含油量有重要利用价值的转录因子转化花生栽培种，改造花生种子发育期间油脂的合成与积累，提高花生种子含油量，分析转基因所影响的基因表达情况，揭示油料作物种子积累大量油脂的机理。本研究将阐明油料作物种子发育过程中调控因子对脂肪酸合成、油脂的积累的影响，为从转录因子入手，整体提高植物种子中油脂的转化效率奠定基础。

花生是重要的油料作物，提高花生种子含油量是花生种质创新的重要方向。近年来在模式植物上的研究表明，上游转录因子对植物种子油脂含量具有重要的调控作用。本研究克隆了花生FUS3、WRI和AP2等基因，并对这些基因序列和在栽培种中的多样性进行了分析，利用荧光定量PCR对其表达进行了研究。克隆了花生油体蛋白和油菜Napin基因的种子特异性启动子，构建了35S启动子和种子特异性启动子驱动这些基因表达的植物表达载体，转化模式植物烟草，获得了转基因株系，初步检测了转基因烟草种子的含油量，并进行了花生的转化工作。研究表明花生FUS3基因（AhFUS3）的cDNA序列共1300bp，包括完整的开放读码框846 bp，编码282个氨基酸，预测pI值5.35。AhFUS3基因与其他植物中FUS3基因的蛋白序列比对表明，其B3功能域保守性很强，但预测的DNA结合域的氨基酸序列与其他植物差异很大。花生WRINKLED1（AhWRI1）基因和WRINKLED2（AhWRI2）基因，分别编码366个氨基酸和422个氨基酸，其中AhWRI1基因在花生栽培种中检测出2种序列。鉴于WRINKLED1基因属于AP2/ERF 基因家族，而这个基因家族分为几个亚族，众多成员的调控着不同的生物过程，我们利用花生果针不同发育时间的转录组数据克隆了除WRINKLED1以外的3个AP2家族基因，分别命名为AhERF106、AhERF118和AhANT，分别编码202个氨基酸、342个氨基酸和587个氨基酸，这3个基因在花生栽培种中都检测出2种序列。将构建的35S启动子驱动AhFUS3、花生油体蛋白启动子驱动AhFUS3、油菜Napin启动子驱动AhWRI1和AhWRI2的植物表达载体转化烟草，得到了若干T1代转基因株系，部分株系得到T2代转基因纯和株系，对转基因烟草种子的含油量进行了初步测定，部分过量表达AhFUS3基因的转基因株系种子含油量明显提高，部分株系种子含油量提高10% 以上，证明花生FUS3基因对提高种子含油量作用明显。花生中含油量相关转录因子的克隆和功能研究为基因工程提高花生种子含油量奠定了基础。