DGAT和PDAT基因在油菜籽油分积累中的作用研究

Breeding rapeseed for increased oil content is a current major objective. However, oil accumulation in rapeseed is controlled by a network composed of many genes. This proposal focuses on DGAT and PDAT, two gene families encoding for the enzymes catalyzing conversion of diacylglycerol into triacylglycerol, the last step of lipid biosynthesis. This study is to clone all copies of both gene families from the rapeseed varieties with different oil content, determine expression level and activity of each copy at various stages of seed development and to investigate the effect on oil content by over-expression and RNA interference analysis of these genes in order to uncover relationship between genetic polymorphism and expression level of DGAT and PDAT, and oil content in rapeseed. The results will provide a theoretical foundation and gene resources for breeding rapeseed for increased oil content.

提高油菜籽含油量是当前油菜育种的主要目标。油菜籽油分的形成积累是一系列基因调控的结果。本研究选择催化甘油二酯合成甘油三酯的关键基因二酰甘油酰基转移酶基因（DGAT）和磷脂:二酰甘油酰基转移酶基因（PDAT）作为目标，通过从不同含油量品种中克隆这些基因的全部拷贝，研究各个拷贝在种子不同发育时期的表达和活性，分析其过表达与抑制表达对油菜籽含油量的影响，揭示油菜DGAT和PDAT基因及其表达水平与含油量的关系，为选育高含油量油菜品种提供理论依据和基因资源。

我国油菜种植面积和总产量都位居世界第二位，提供国产食用植物油的57%。菜籽含油量每提高一个百分点，相当于菜籽产量增加2.3～2.5个百分点。在拟南芥中磷脂二酰甘油脂酰转移酶（PDAT）与二酰甘油酰基转移酶（DGAT）一样，是三酰甘油（TAG）合成关键酶。.本研究选择甘蓝型油菜湘油 15号等6个含油量不同品种（系）为试验材料，克隆PDAT1 基因并分析其功能，研究结果如下：.1、从湘油15号中克隆得到BnaPDAT1基因3个拷贝(BnaA02.PDAT1、BnaA10.PDAT1、BnaC09.PDAT1)，其CDS长分别为1998、2001和2004 bp，编码665、666和667个氨基酸。甘蓝型油菜BnaPDAT1与白菜型油菜BraPDAT1基因同源性达93.57%，且拷贝间分化程度较低。BnaPDAT1 基因编码蛋白与甘蓝、拟南芥、亚麻芥PDAT1 蛋白具有较高的同源性，且PDAT1在不同物种间保守性高。.2、BnaPDAT1基因3个拷贝均能恢复TAG合成缺陷型酵母H1246的油脂合成能力，转化拟南芥能显著提高突变体pdat1 TAG含量(5.1～7.3个百分点)，证实其编码蛋白具有PDAT1 酶活性。亚细胞定位表明BnaPDAT1蛋白定位于细胞质膜，是PDAT基因家族中重要成员。.3、不同含油量材料中BnaPDAT1基因在授粉后15～45天种子中的表达量随种子发育呈现类似M型趋势，表达量在授粉后30 d出现高峰、35 d出现低峰、40 d再出现高峰，其中BnaA10.PDAT1和BnaC09.PDAT1表达量规律呈现较明显的M型，而BnaA02.PDAT1表达模式不明显。花、叶片、种子中均有BnaPDAT1表达，各时期相对较稳定，具有整体调控特点。. 4、成熟种子中TAG含量与粗脂肪含量之间相关系数极显著（r=0.9929**），可以表征甘蓝型油菜油脂合成能力。不同含油量品种(系)TAG含量积累趋势均呈现S型，授粉后20 d以前TAG含量很低，授粉后20～30 d进入快速增长阶段，授粉后35 d进入缓慢增长期；授粉后30 d以前TAG含量材料间差异不大，授粉后35 d体现差异。BnaPDAT1基因各时期表达和种子TAG含量没有明显的相关性。但高油品系 855开花后15天、20天以及开花后15天、20天和25天3个PDAT1拷贝表达量之和明显高于其它品种