磷胁迫对油菜脂肪酸合成的调控机制研究

Shortage of phosphorus resource is one of the limited key factors in the agricultural production system. As a major oil-bearing crop, oilseed rape plays important roles in ensuring oil security in our country. Fatty acid is an essential precursor which affects lipid accumulation. The biochemical pathway of fatty acid synthesis has been well understood, but much less is known about its molecular regulation mechanism. Phosphorus possesses fundamental function on the development of the phosphorus-sensitive oilseed rape, but it remains unclear about the molecular regulation mechanism of oilseed rape under phosphate stress condition. To address the question, in this study RNA-seq and UPLC-qTOF/MS &GC-MS/MS will be used to detect transcriptome and principal components (various fatty acids and lipids) for oilseed rape under phosphate stress condition respectively. Through comparing their correlations, we attempt to screen some crucial transcriptionally regulating genes or others involved in the fatty acid synthesis under phosphate stress. The DNA-binding activities of screened transcription factors will be tested through yeast one-hybrid system and Chromatin immunoprecipitation (ChIP), and then their biological functions will be confirmed through over-expression or CRISPR/Cas9 approaches in B. napus. Our results will provide the theoretical basis for improving low phosphorus-tolerant breeding in oil-bearing crops.

磷资源的缺乏已成为限制农业生产的关键因子之一。油菜作为重要的油料作物，在保障我国食用油安全方面发挥着重要的作用。脂肪酸作为油脂合成的重要前体，直接影响着油脂的积累，虽然对脂肪酸合成的生化途径已有详细的报道，但对其合成代谢中分子调控机制的研究相对欠缺。油菜作为一种磷敏感的油料作物，磷营养在其生长发育过程中发挥着重要作用，目前磷胁迫对油菜脂肪酸合成的调控尚未见报道。本课题将结合转录组学及油脂主成分分析等方法，构建油菜响应磷胁迫的分子调控网络，筛选出磷胁迫下调控脂肪酸合成的转录调控基因；借助酵母单杂交及ChIP分析，确定候选转录因子的DNA结合活性及其结合序列的特征，进一步通过CRISPR/Cas9或过表达分析其基因的生理功能，探索磷胁迫调控脂肪酸合成的分子机制。该研究对适应低磷环境下的油菜分子育种具有重要理论意义和潜在应用价值。

油菜作为重要的油料作物，在保障我国食用油安全方面发挥着重要的作用。脂肪酸作为油脂合成的重要前体，直接影响着油脂的积累，虽然对脂肪酸合成的生化途径已有详细的报道，但对其合成代谢中分子调控机制的研究相对欠缺。磷资源的缺乏已成为限制农业生产的关键因子之一，作为一种磷敏感的油料作物，磷营养在油菜生长发育过程中发挥着重要作用，目前磷胁迫对油菜脂肪酸合成的调控尚未见报道。. 本课题结合转录组学及油脂主成分分析等方法，构建油菜响应磷胁迫的分子调控网络，筛选出磷胁迫下调控脂肪酸合成的转录调控基因；利用酵母单杂交、蛋白互作等方法，确定候选转录因子上下游调节因子，进一步通过CRISPR/Cas9或过表达分析基因的生理功能，探索磷胁迫调控脂肪酸合成的分子机制。.通过我们的研究发现，甘蓝型油菜低磷胁迫引起脂肪酸含量及组成的改变；脂肪酸合成过程中的一些关键酶编码基因及包括BnaWRIs在内的调节基因均呈现显著变化；甘蓝型油菜中共有11个BnaWRIs对应拟南芥的四个AtWRIs，我们克隆了其中10个，它们在的时空表达模式及响应低磷的表达模式不同，BnaWRIs能够结合油菜BnaBCCP2启动子，参与脂肪酸合成，BnaWRI1s、BnaWRI3s和BnaWRI4s能够恢复拟南芥AtWRI1功能缺失突变体种子皱缩油含量低的表型，BnWRI1s基因编辑植株种子皱缩油脂含量显著降低。BnaWRIs能够与磷胁迫关键因子BnaPHR1s和/或BnaPHL2s互作，且BnaWRI1s的启动子还能被BnaPHR1s和/或BnaPHL2s结合，在蛋白水平和转录水平被磷胁迫相关因子所调节。拟南芥中的结果暗示PHR1和/或PHL2对AtWRI1的调节可能是负调。. 我们的研究对适应低磷环境下的油菜分子育种具有重要理论意义和潜在应用价值。