棉花GhLPAAT基因的克隆及其功能验证

Cotton is one of the most important fiber- and oil-crop in the world. Cotton seeds, as the main by-production, make up about 60% of unginned cotton and the oil content of cotton seeds is about 15-40%. However, most researches paid their attention to fiber-improvement and yield in upland cotton. There were few studies about cotton oil. LPAAT genes play important roles in TAG biosynthesis. From some LPAAT transgene plants in other species, we found that LPAAT genes had important roles in improvement of oil content and quality. We first cloned LPAAT genes in cotton and the expression pattern of these genes showed positive correlation with the content of cotton oil. In this study, we plan to clone all the LPAAT genes in cotton and choose the most important LPAAT genes through qRT-PCR and transgene Arabidopsis. And these important genes will be overexpressed in cotton embryo to get transgene cotton material with high oil content or high-quality cotton oil, making cotton seeds used efficiently.

棉花是世界上重要的纤维作物和油料作物，棉籽是主要副产物，占籽棉总产量的60%左右，含油量可达15%-40%。然而长期以来，棉花育种家大多注重纤维品质、产量等方面的改良，很少见对棉籽油的研究报道。 LPAAT是在种子油脂合成过程中起关键作用的酶,超表达该基因能提高拟南芥和油菜种子的含油量和改善油脂品质。在棉花中，本研究小组首次克隆得到了LPAAT基因，荧光定量结果表明其表达量与油分有呈正相关。正进行拟南芥转化。本研究一方面将对已克隆的基因继续进行棉花验证基因功能，同时利用A和AD基因组序列信息，获得棉花中所有的LPAAT基因，通过荧光定量及拟南芥和棉花转基因验证来获得与棉花油脂合成相关的重要基因，以期获得高油份或高品质油脂的棉花转基因材料，从而可以进一步了解棉花油脂代谢机制，并为通过基因工程手段提高棉籽含油量、改善棉籽油品质奠定基础。

高等植物的肯尼迪途径中溶血磷脂酸酰基转移酶 （LPAAT）是一个多基因家族的限速酶。棉花是一种重要的油料作物，但是关于棉花LPAAT基因的相关报道目前比较少。本研究综合分析了陆地棉和海岛棉及其二倍体祖先种亚洲棉和雷蒙德氏棉4个棉种LPAAT基因的基因结构、序列多样性、表达模式、自然遗传变异以及其与油分含量之间的关系。本研究总共预测到40个LPAAT基因，并分为四个亚家族，更进一步的分析包括进化树分析，染色体定位等。共定位结果显示尽管10个LAPPT 基因与种子油分和蛋白含量的QTL在25-cM的区间内发生共定位。另外，来自陆地棉和海岛棉两个背景的转At-Gh13LPAAT5基因酵母GC/MS结果显示，两个At-Gh13LPAAT5基因均能使棕榈酸和油酸含量升高25–31%，总TAG含量升高16–29%，但是两个背景的转基因菌株之间没有显著差异。这些结果说明，虽然LPAAT 序列的自然变异对提高种子含油量影响非常有限，但是LPAAT基因能显著酵母的含油量和脂肪酸成分。同时，构建At-Gh1LPAAT2基因过表达载体和RNAi干涉载体，进行农杆菌介导的棉花转基因功能验证，目前，已获得T0代At-Gh1LPAAT2棉花转基因株系3个。本研究为后续通过生物技术研究LPAAT基因提高种子含油量提供了非常有利的理论依据。