同步抑制FAD2-1与FATB基因对棉籽脂肪酸组分的分子调控

棉籽油因具有明显价格优势已成为食用油重要来源，其脂肪酸组分和营养功能越来越受到人们重视。为了探明棉籽发育过程中不同脂肪酸的组成比例及相关性，以有利于定向改良棉籽油品质，本项目拟利用RNAi技术对棉籽中脂肪酸组分的合成代谢进行调控，通过同步抑制脂肪酸合成关键酶基因FAD2-1与FATB的表达水平，以提高既稳定又有益人体健康的油酸(C18:1)的含量；对获得的转基因植株与对照非转基因植株进行对比试验，实时定量分析棉籽发育过程中基因表达水平与脂肪酸组分相对含量变化，阐明棉籽中基因表达与脂肪酸合成积累的互作效应；分析在调控油酸组分含量时，棉籽发育过程中其它脂肪酸合成、主要生化成分的动态变化以及成熟种子活力与幼苗生存能力，阐明脂肪酸组分变化对种子发育及生理活性的影响。研究结果将有助于对棉籽脂肪酸代谢网络和时空调控有更深入了解，进一步揭示棉籽脂肪酸品质形成的生理学意义和调控策略的有效途径。

围绕研究内容与目标，首先构建出基于FAD2-1与FATB双基因靶标片段的种子特异性表达的干扰载体pBISP-FAD2-FatB。利用农杆菌介导法，获得特异的抑制种子中FAD2-1与FATB表达的转基因植株。通过对转基因与对照植株的棉籽发育不同时期，脂肪酸合成关键基因表达水平差异、主要脂肪酸的积累等分析，阐明了棉籽发育过程中不同脂肪酸的组成比例及相关性，并探索了棉籽中基因表达与脂肪酸合成积累的互作效应：棕榈酸C16:0，硬脂酸C18:0，亚麻酸C18:3的积累主要集中在棉籽发育早中期；而油酸C18:1，亚油酸C18:2的积累主要集中在棉籽发育的中后期。C18:1和C18:2呈同步积累，相互之间正相关极显著；与C18:3、C16:0呈负相关。C18:0于授粉20天前后达到最大，随着C18:0积累诱导了FAD2-1基因表达量提高，从而使C18:2大量合成。授粉40天左右，FAD2-1基因的表达水平达到了最高。此后，C18:2的合成仍维持在较高的水平，其含量在种子发育的后期达到峰值。而在转基因植株中，种子发育的中后期，FAD2-1基因的表达受到抑制，C18:2合成呈“升-平-降”模式，使得转基因植株成熟种子中积累较高的C18:1含量。FAD2-1基因的表达水平在决定脂肪酸组分的相对含量具有关键的作用。与对照相比，在T1代成熟的棉籽中，转基因棉籽中FAD2和FATB的表达水平分别降低了49.3%和13.9%；C18:1组分的相对含量大幅提高了153.9%，相应的C18:2相对含量下降35.7%；C16:0和C18:0的相对含量分别比对照降低12.9%、9.7%。而C18:3的相对含量由对照的0.332%提高到0.379%。通过分析在调控油酸组分含量时，棉籽发育过程中其它脂肪酸合成、主要生化成分的动态变化以及成熟种子活力等，阐述了脂肪酸组分变化对种子发育及生理活性的影响。