油桐桐酸合成酶调控基因的筛选与研究

在世界石油资源日益枯竭的背景下，发展生物柴油等可再生新能源是大势所趋。油桐作为不与人争地、不与人争油、栽培历史长、采收成本低的我国特色油料树种，是发展生物柴油产业的重要战略树种。桐油中的主要成分桐酸含三个共轭双键、化学反应性质活泼，易导致所制生物柴油氧化稳定性差、燃烧残留增多，不利于生物柴油产业应用。因此，培育低桐酸含量的转基因油桐是桐油基生物柴油产业的核心问题，然而目前对于控制桐酸合成的关键酶，即桐酸合成酶的调控机理尚所知甚少。本项目研究拟以油桐种仁发育过程中桐酸合成酶表达丰度不同的差异样本为研究对象，构建差减cDNA文库，对筛选到的差异表达基因进行生物信息学分析、全长cDNA克隆、表达载体构建和调控功能检验，鉴定若干桐酸合成酶的正负调控因子并以筛选得到的高效负调控因子为基础培育转基因油桐植株，为其应用于生物柴油能源林建设奠定基础。

对柴油日益增长的需求导致原油价格不断上涨，以及伴随而来的污染问题都促使我们寻找一种生态的可持续再生的替代燃料。利用富含油料的植物生产生物柴油作为石油的替代产品是一种理想的方式。油桐和麻风树是两种富含油脂的大戟科树种，我们利用麻风树作为实验对照组，采用比较转录组学的方法对油桐的油脂积累过程进行了深入分析。以油脂合成早期和油脂快速合成期两个时期的种子为样本进行高通量转录组测序，共获得了2.4亿有效片段，并在油桐和麻风树中分别组装成功49,583和45,414高质量的转录序列。通过多重比较转录组学方法，我们发现油桐和麻风树的油脂成分差异性积累主要来自于特异性脂肪酸去饱和酶、不同的TAG合成催化方式、油体蛋白对不同脂肪酸结构的偏好性、以及LEC1途径差异性调控的共同作用。此外，我们以甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因GAPDH为内参基因，通过解析FADX，LEC1及WRI1等差异表达基因在油桐种仁中的表达规律，进一步验证了油桐油脂成分特异性积累的调控规律。这些结果将有助于理解油桐油脂特异性积累的调控机制，对这些基因的进一步分子调控机制研究有利于促进油桐应用于生物柴油产业，将具有重要的理论意义和科学价值。