基于原生质体瞬时表达体系解析油茶茉莉酸合成途径关键基因CoAOS功能

Camellia oleifera Abel is the most important edible oil tree species peculiar in China. A series of basic research has been carried out on the molecular biology of Camellia oleifera, and a large number of functional genes have been annotated. However, it has not yet established a stable and reliable oil-tea transgene technology, which hinders the application of molecular biology concept in oil-tea research. As a contribution to a better innovation in oil-tea basic research, this proposal aims to establish an in vitro transient expression system using protoplasts derived from axenically cultured seedlings. As a proof of our concept, we set out to elucidate the function of CoAOS, which is an ortholog gene crucial for jasmonic acid biosynthesis of oil-tea. Furthermore, we take the advantage of this versatile system, in combination with CRISPR-Cas9 genome editing technology, by knockout CoAOS gene to generate jasmonic acid deficient oil-tea mutant strains to demonstrate the importance of jasmonic aicd in oil-tea economic traits formation, which holds the promising of high-quality tea oil production by molecular module-based designer breeding methods or cross breeding methods. Moreover, the establishment of an in vitro research method that does not depend on transgenic technology also paves the way to characterize oil-tea at molecular level.

油茶是我国最重要的食用油料树种，国内对油茶分子生物学开展了大量的基础研究，注释了大量的功能基因，但一直没有建立一个稳定、可靠的基因表达体系，因而严重制约了油茶分子生物学和分子遗传改良的深入研究。本项目拟以油茶离体原生质体细胞为研究材料，构建基因瞬时表达体系，利用该体系解析油茶中重要激素茉莉酸合成途径关键酶CoAOS功能；并综合运用原生质体基因瞬时表达技术和CRISPR-Cas9基因编辑技术的优势，培育油茶茉莉酸生物合成功能缺失的原生质体和再生植株。研究结果对利用分子模块设计育种及杂交育种改造油茶茉莉酸功能和改良油茶树经济性状具有重要意义。而且，本项研究建立一个不依赖于转基因技术的体外表达体系，将为开展油茶分子生物学研究提供新的研究思路和研究方法。

油茶是我国最重要的食用油料树种，国内对油茶分子生物学开展了大量的基础研究，注释了大量的功能基因，但一直没有建立一个稳定、可靠的基因表达体系，因而严重制约了油茶分子生物学和分子遗传改良的深入研究。本项目以油茶花瓣和叶片组织为原材料，通过优化调整细胞壁酶解条件，分别获得花瓣和叶片原生质体细胞，并建立PEG介导的瞬时基因表达体系。利用该体系高效便捷的优势，鉴定油茶发育相关基因在原生质体细胞中的亚细胞定位和相互作用模式。基于油茶原生质体瞬时基因表达体系，解析油茶中重要激素茉莉酸生物合成途径CoAOS基因及水杨酸信号转导途径CoNPR1基因功能。同时，本项目以油茶未成熟的幼胚子叶为外植体，通过组织培养的方式诱导形成胚性愈伤组织和丛生芽。本项建立一个不依赖于转基因技术的体外基因表达体系，将为开展油茶分子生物学研究，快速高效发掘油茶优良性状基因提供新的研究思路和研究方法。研究结果对利用分子模块设计育种及杂交育种改造油茶茉莉酸功能和改良油茶树经济性状具有重要意义。