可可种子油脂积累和脂肪酸组分的分子调控机制

Cacao, a perennial small tree, is a high-value tropical cash crop. Cocoa butter is considered the cocoa by-product of greatest importance, very useful in the manufacture of a great variety of products in the chocolate, cosmetic and pharmaceutical industries. So, molecular mechanisms of high cocoa butter content act crucial to excellent varieties breeding and cocoa industry. In nature, diversity germplasms show distinguished differences in cocoa butter content trait. In this project, high and low cocoa butter content germplasms are used to investigate transcriptomes and proteomes distinct spectrum, temporal gene expression profiles, the upstream and downstream regulatory mechanisms, cocoa butter accumulation related genes screening. To test the function of specific genes, yeast and Arabidopsis transgenic complementation are performed, then analysis expression pattern, enzyme activity, oil content, fatty acid composition. Based on the above results, the effects for cocoa butter accumulation of key genes and miRNAs will be resolved, which give new insights into the molecular mechanisms for cocoa butter accumulation and fatty acid composition in cacao breeding.

可可（Theobroma cacao L.）为多年生小乔木，是一种高综合利用价值的热带特色经济作物，也是制作巧克力、化妆品、药品等的重要原料。可可脂作为可可的主要经济成分，高可可脂性状形成调控机制及品种选育，成为产业发展亟待解决的问题。自然状态下，不同种质可可脂含量差异极大。本研究以高、低可可脂含量种质的种子为材料，首先用高通量组学研究方法建立二者的转录和蛋白质差异谱，比较基因时空表达特征、上下游调控机制，结合生物信息学方法筛选出与油脂积累调控相关的特异基因。利用半乳糖诱导型启动子在酵母突变株中表达，检测酶活等相关生化指标；转化拟南芥Col0和相应基因突变体，测定转基因植株油脂含量及脂肪酸组分，分析目标基因表达规律。综合分析以上结果，解析关键基因和miRNAs在可可脂积累调控网络中的作用，阐明可可种子油脂积累及脂肪酸组分的分子调控机制，为培育高可可脂含量可可品种探索理论和方法依据。

可可脂作为可可豆的主要经济成分，高可可脂等主要品质性状形成调控机制及品种选育，成为产业发展亟待解决的问题。本项目从可可种质圃选取54份可可核心种质，分析可可脂、棕榈酸、硬脂酸、油酸和多酚品质性状的表型，可可脂含量介于245.87～491.03 mg/g，多酚含量在30.35～60.04 mg/g之间；可可脂与棕榈酸（相关系数r=0.805）、硬脂酸（r=0.883）和油酸（r=0.949）呈显著正相关；多酚与可可脂、脂肪酸均呈负相关。在种子发育初期，子叶中葡萄糖、果糖和蔗糖含量均处于较高水平，总含量达20%以上，随着种子发育成熟，子叶中糖含量迅速下降，到果实成熟时，子叶中总糖含量降至3%以下；油脂积累与糖含量呈明显的负相关性；种子发育后期，棕榈酸、硬脂酸和油酸是构成可可脂的主要组分，且比例稳定。比较可可脂含量差异种质的转录组数据，筛选出Fab、FAT、ADH、LOX等34个与脂肪酸生物合成和代谢的基因，油脂合成滞后是导致低可可脂含量的重要因素。选定差异基因酰基载体蛋白硫酯酶（FAT），分离出TcFAT基因家族的6个成员，确定了基因家族成员的基因结构和进化关系，TcFATA和TcFATB1在不同种质中表达量与油酸和棕榈酸比例呈现正相关，明析了可可脂中主要脂肪酸组分比例调控机制。可可外果皮中包含花青素，黄酮醇，二氢黄酮醇，二氢黄酮，类黄酮，异黄酮，查耳酮，类黄酮碳苷，黄烷醇，黄酮以及其他类黄酮等11种类黄酮类物质，类黄酮代谢物（花青素3-O-半乳糖苷、花青素3-O-葡萄糖苷和花青素O-丁香酸）在可可果实颜色从绿色到紫红色变化过程中发挥主要作用，LAR、ANR、UFGT基因以及MYB（gene18079）和bHLH（gene5045和gene21575）转录因子对可可果实颜色多样性形成起重要调控作用，明确了可可果实从绿色到紫红色变化的分子调控机制。