limaotenghust的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/limaotenghust

博文

干旱胁迫基因LEA3和VOC参与甘蓝型油菜油脂积累的初步机制

已有 1254 次阅读 2019-4-12 09:38 |系统分类:论文交流

甘蓝型油菜(Brassica napus)是最为重要的油料作物之一,研究其其油脂的合成和代谢对于培育高含油量的油菜品种具有重要意义。在模式植物拟南芥和甘蓝型油菜中,油脂主要是以甘油三酯的形式储存在种子里。目前,针对促进油脂积累研究多集中在甘油三酯合成和降解方面。干旱胁迫会对植物生长产生不利影响,但干旱胁迫响应基因在植物油脂合成和代谢方面的作用与机理则研究相对较少。

410日,本课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为Drought responsive genes, late embryogenesis abundant group3 (LEA3) and vicinal oxygen chelate (VOC), function in lipid accumulation in Brassica napus and Arabidopsis mainly via enhancing photosynthesis efficiency and reducing ROS的研究论文。本文揭示了干旱胁迫基因LEAVOC可通过提高光合效率,降低活性氧对植物细胞的伤害,从而保证了干旱情况下甘蓝型油菜与拟南芥中含油量的稳定,以及提高了正常环境下种子中油脂的积累。



LEA作为一个小分子蛋白,在非生物胁迫中可起到稳定细胞膜结构和中和因胁迫脱水而增加的离子的作用,从而使得细胞内的胞内渗透压环境保持稳定。甲基乙二醛(methylglyoxalMG)是碳水化合物和油脂新陈代谢过程中产生的有害副产物,VOC基因主要编码蛋白为甲基乙二醛酶IGlyoxalase I GLYI),其可在谷胱甘肽的作用下可以对MG起到降解和转化,从而帮助植物应对非生物胁迫。在这项最新的研究中,栗茂腾教授研究团队首先从甘蓝型油菜(AACC2n=38)克隆了干旱胁迫相关基因BnLEABnVOC4个拷贝,以及拟南芥同源的AtLEAAtVOC基因,并分别构建了种子特异表达启动子和CaMV35S启动子的超表达载体;结果显示在拟南芥中超表达LEAVOC基因的转基因后代不仅抗旱性增强,而且种子含油量也有了显著提高。同时,种子千粒重也有所提高;而拟南芥atlea3突变体和AtVOC基因的RNA干扰后代在干旱胁迫下的抗旱性和含油量则均明显下降,突变体遗传回补则可明显使抗旱性和含油量表型回补。热成像与显微切片结果显示,atlea3AtVOC-RNA干扰后代的种子发育和叶表形态温度等均会受到干旱影响。

Figure8.png

同时,在甘蓝型油菜中也进行了多个拷贝的BnLEABnVOC的超表达载体、BnLEABnVOCRNA干扰载体进行了遗传转化,在转基因后代出现了相应的抗旱性与含油量的表型。并且,相比于正常生长栽培环境,在干旱胁迫的情况下,LEAVOC基因的对含油量对作用效果更为显著。为进一步验证LEAVOC基因的功能,对单基因的拟南芥和甘蓝型油菜转基因后代均进行了杂交,包括正向调控株系和反向调控株系。相比于单基因的转基因后代,杂交后代的含油量表型变化更为显著。这说明作用机制不同的干旱胁迫响应基因均可对植物油脂的积累产生影响。

为揭示干旱胁迫基因在油脂积累中的作用机理,本文选取超表达BnLEABnVOCAtLEAAtVOC以及atlea3突变体和AtVOC-RNAi植株的种子和叶片,进行了长期和短期干旱胁迫下多个组合的转录组测序分析。结果表明,LEA基因可使光合作用相关路径、油脂合成网络路径上的基因表达上调;而VOC基因则可在油脂降解、乙醛酸代谢以及含氧化合物代谢网络上起到作用。针对转录组测序获得的差异表达结果,通过进一步的光合效率测定以及活性氧代谢系统中相关酶学和代谢物实验验证,证实了LEA基因可以在干旱胁迫的情况下,通过稳定细胞膜结构,使得胁迫环境下油脂合成可以正常进行,并有效提高光合效率,产生更多的有机物供给,实现植物油脂合成的增加。VOC基因可以降低甲基乙二醛和活性氧的含量,并使下游的油脂降解降低,从而促进了植物种子中油脂的积累。本研究结果为油料作物的含油量的改良育种提供了新的思路和依据。


本论文的通讯作者为华中科技大学栗茂腾教授,第一作者为梁语博士,来自华中科技大学的大学生创新创业训练计划项目小组成员,山东师范大学,湖北工程学院,黄冈师范学院的研究者也参加了相关研究工作。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13127


 




http://blog.sciencenet.cn/blog-3319332-1172823.html

上一篇:20190411——紫罗兰(Matthiola incana (L.) R. Br.)
下一篇:20190412——蔊菜(Rorippa indica (L.) Hiern.)

2 郑永军 杨正瓴

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (2 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-10-20 17:46

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部