基于转录组学的油葵不饱和脂肪酸合成途径解析及FAD2基因家族功能研究

Oil sunflower (Helianthus annuus L.) is an important oil crop in the world. There are plenty of unsaturated fatty acids in sunflower seeds which are good for people's health. In this study, transcriptome of sunflower seeds at different oil synthesis stages between high- and low- linoleic acid cultivars will be constructed by RNA-seq. The differential expressed genes (DEGs) related to unsaturated fatty acid synthesis will be screened. The function of FAD2-1, FAD2-2, FAD2-3 and FAD2-5 been cloned will be verified in this project and other genes of sunflower FAD2 family will be cloned. The expression of FAD2 genes in different tissues and different stresses will be analyzed by qRT-PCR. Then these genes will be transformed into Saccharomyces cerevisiae and Arabidopsis thaliana mutant to study the function in unsaturated fatty acid biosynthesis pathway. Finally, the key FAD2 gene will be transformed into oil sunflower by RNA interference technique. Our study lay a foundation for further clarify mechanism of fatty acid metabolism and quality improvement of sunflower breeding.

油葵是世界重要的油料作物，种子中含有大量不饱和脂肪酸，对人体健康十分有益。本研究以高、低亚油酸含量的油葵品种为研究对象，利用RNA-seq技术对种子发育不同时期的转录组进行测序，筛选参与不饱和脂肪酸合成途径的差异表达基因；对已克隆获得的油葵FAD2-1、FAD2-2、FAD2-3和FAD2-5基因进一步功能验证，并克隆油葵FAD2家族的其它基因；通过qRT-PCR分析FAD2基因家族不同成员的组织表达和胁迫表达特征；通过转化酿酒酵母和拟南芥突变体研究FAD2基因家族在不饱和脂肪酸合成过程中的功能。采用RNAi技术对调控油葵亚油酸合成的关键FAD2基因进行油葵的遗传转化。研究为揭示油葵不饱和脂肪酸合成机理和品质改良奠定基础。

油用向日葵（Helianthus annuus L.）是世界重要油料作物，也是重要的生物能源材料，还具有抗逆性强、耐盐抗旱等特性。油葵籽油中富含不饱和脂肪酸，主要是油酸和亚油酸，具有重要保健功能，但其不饱和脂肪酸合成和调控规律尚缺乏全面深入的了解。本项目采用比较转录组学技术，筛选出与油葵种子脂肪酸合成与代谢相关的候选基因若干。利用向日葵基因组数据库和生物信息学方法，共鉴定了12个FAD2、1个FAD6、13个LACS、9个LPAAT、18个DGAT、16个GPAT和28个KCS基因，对这些基因家族成员的基因特征、蛋白结构、系统进化、染色体定位、启动子调控元件进行了全面分析。利用qRT-PCR技术，分析了这些基因家族成员在不同组织、以及在干旱、盐、低温和ABA处理下的表达模式，筛选出与油葵不饱和脂肪酸合成代谢及逆境胁迫密切相关的家族成员，并通过转化大肠杆菌和酵母突变体等方法鉴定了其编码蛋白的酶活性和底物特异性。进一步通过转化拟南芥原生质体和烟草叶片对FAD6、LACS1、DGAT3、WSD9和KCS1等基因进行了亚细胞定位分析，并通过转化拟南芥突变体研究了基因的功能。该项目实施有助于挖掘油葵自身的不饱和脂肪酸合成与调控基因，将为油葵品质改良育种提供有利的保障。