VfbZIP39和VfbZIP40对桐酸合成的调控机制

As a kind of plant oils, tung oil is the best drying oil. It is widely used in industry, construction, printing and other aspects. The major fatty acid in tung oil is the rare fatty acid, eleostearic acid which accounts for 80% of the total amount of fatty acids and determines the physicochemical properties of tung oil. Hence, for satisfying the increasing market demand for the quality of tung oil, it is important to explore the mechanism of eleostearic acid biogenesis in order to produce high purity tung oil. We previously found that the transcript levels of VfFADx-1 and VfFADx-2, which are the key enzymes of producing eleostearic acid, increase rapidly 20 weeks after flowering. Both VfFADx-1 and VfFADx-2 contain bZIP transcription factor binding sites. Combining with the transcriptome analysis, we inferred that VfbZIP39 and VfbZIP40 may regulate VfFADx expression to facilitate eleostearic acid biogenesis. Therefore, the function and mechanism of VfZIP39 and VfZIP40 in eleostearic acid biogenesis will be studied through tissue expression pattern analysis, subcellular localization, the effect of transgenes on eleostearic acid biogenesis in Arabidopsis, the interaction with VfFADx’s promoters, the combination between VfbZIP39 and VfbZIP40 using V. fordii cv. Putaotong. Our research will promote to understand the mechanism of eleostearic acid biogenesis in order to serve as a foundation for tung tree genetic improvement and developing new cultivars.

桐油是最优质的干性植物油，广泛应用于工业、建筑、印刷等行业。桐油的主要脂肪酸成分是稀有脂肪酸——桐酸，含量约80%，决定桐油的理化特性。因此，明确桐酸合成的分子机制将为获得高纯度桐油提供新思路，从而满足市场对桐油质量日益增高的要求。在前期研究工作中，我们发现催化桐酸产生的关键酶VfFADx-1、VfFADx-2在开花后20周含量骤增，二者启动子区均含有bZIP转录因子结合位点。结合转录组结果，我们推测VfbZIP39和VfbZIP40可能通过调控VfFADx的表达来促进桐酸合成。因此，本项目将以葡萄桐为材料，通过研究VfbZIP39和VfbZIP40组织表达模式、亚细胞定位、外源转基因对拟南芥桐酸合成的影响、与VfFADx启动子的结合及二者的相互作用来阐述其功能与调控机制，以此解析桐酸合成的分子机制，为油桐遗传改良、新品种培育提供理论基础。

为明确油桐(Vernicia fordii) bZIP转录因子家族的结构特征, 筛选出与油桐油脂代谢相关的bZIP转录因子,基于油桐基因组和转录组数据,利用NCBI-CDD数据库、SPSS软件等生物信息学工具鉴定并分析与油脂代谢相关的bZIP转录因子家族成员。共鉴定出油桐bZIP转录因子家族成员50个, 分子质量11.58~82.60 k Da, 等电点5.06~10.60; 亚细胞定位预测显示,除了Vfb ZIP38定位在叶绿体上,其他49个蛋白都定位在细胞核中。根据bZIP结构域中碱性区和铰链区序列的保守性可将bZIP家族蛋白分成12个亚类,每个亚类的成员所具有的保守基序及基因结构模式基本相同。其中,Motif 1广泛分布于50个成员中, 9个没有内含子的bZIP基因都属于X亚类。在演化历程中该基因家族发生过染色体片段复制事件或多倍化事件。bZIP转录因子还可以通过蛋白间相互作用与该家族其他成员形成二聚体,甚至互作网络。大部分油桐bZIP基因在根、茎、叶、花和种子等不同器官中均有表达,且Vfb ZIP7、Vfb ZIP25和Vfb ZIP44在种子器官中高水平表达。此外,鉴定出46个启动子区域含有b ZIP转录因子结合顺式作用元件G-box的油脂基因, 包括脂肪酸脱氢酶类基因FAD3-2和FADx-1。FAD2在5个种仁发育时期的表达量与Vfb ZIP7具有显著正相关性,与Vfb ZIP24、Vfb ZIP36负相关性显著; FADx-1与Vfb ZIP7正相关性显著, 与Vfb ZIP25、Vfb ZIP44正相关性极显著; FAD3-1和FAD3-2都与Vfb ZIP12、Vfb ZIP24、Vfb ZIP36、Vfb ZIP41呈现显著或极显著的正相关性。在油桐bZIP家族中的50个成员中, Vfb ZIP7、Vfb ZIP25和Vfb ZIP44可能特异性地参与种子发育; Vfb ZIP7、Vfb ZIP12、Vfb ZIP24、Vfb ZIP25、Vfb ZIP36、Vfb ZIP41和Vfb ZIP44可能通过正向或负向调控油脂代谢途径的酶类基因表达来参与油脂代谢过程。其中VfbZIP7可能与Vfb ZIP24形成异源二聚体, Vfb ZIP12、Vfb ZIP41可能作为b ZIP转录因子互作网络中心进行协同调控。