随着拟南芥和水稻等模式植物全基因组测序的完成,油料作物的遗传改良也迎来了前所未有的大好机遇。根据模式生物的基因序列信息克隆与农业生产相关的关键基因,对它们进行深入的功能结构分析,并将研究成果应用于分子育种和作物改良是当前摆在育种工作者面前刻不容缓的任务。本研究的目的是克隆油菜中控制脂肪酸组成和含油量调控的关键基因,深入分析这些基因的序列特征与功能关系,研究种子发育过程中脂肪酸的合成模式,搭建植物脂肪酸基因调控的转化平台,为油菜脂肪酸组成和含油量的分子育种工作奠定基础。 在油菜脂肪酸合成关键基因的分离与序列特征分析的研究中,作者分别从油菜基因组中分离得到脂肪酸延长酶基因(fael)、脂肪酸去饱和基因(fad2)和生物素羧基载体蛋白基因(bccp),然后利用VectorNTI等软件对分离到的基因及其编码蛋白进行序列比对分析。对于fael基因,实验中共得到4条不同的拷贝,其编码区均无内含子,分别来自中油821与中双9号的A、C基因组。其中来自中油821的拷贝序列长度均为1521bps,编码506aa,来自中双9号的序列长度为1517bps,编码466aa。对于fad2基因,实验中获得4条具有完整开放阅读框的拷贝,其编码区内均无内含子,长度均为1152bps,均编码384aa。对于bccp基因,根据结构特点可将得到的序列分成3种类型,它们均包含5个内含子。其中bccp1长1464bps,编码277aa,是唯一具备完整生物素化功能结构域的拷贝;bccp2与bccp3的长度分别为1465bps与1660bps,分别编码193aa和194aa,其编码蛋白合成提前终止。深入分析后发现导致bccp2、bccp3编码蛋白长度缩短的根源在于其内含子3与4之间存在一个由碱基A插入造成的移码突变。本研究为利用上述基因开展基因工程和分子标记育种提供了科学依据。 在油菜种子发育过程中主要脂肪酸积累模式的研究中,作者比较了高芥酸中油821与低芥酸中双9号油菜种子发育过程中7种主要脂肪酸的合成代谢模式,并对数据进行了相关性分析及主成分分析。研究表明,饱和脂肪酸(c16:0,c18:0)和多不饱和脂肪酸(c18:2,c18:3)的脂肪酸累积模式在中油821与中双9号中非常相似,均呈“升-降-平”模式,合成主要集中在授粉后前15天。油酸(c18:1)合成呈“升-平-降”模式,但在中双9号中积累时间明显延长,积累量显著增大。二十碳烯酸(c20:1)与芥酸(c22:1)的合成分别呈现“不均等波浪”和“二段”模式,合成基本始于授粉后第15天,但在中双9号中合成基本中断。与中油821相比,中双9号种子发育过程中各主要脂肪酸的相关关系发生显著变化,根据主成分分析可以聚为3类,第一类为饱和脂肪酸,第二类为油酸,第三类为多不饱和脂肪酸。同类脂肪酸的积累模式十分相似,第一与第三类脂肪酸相互制约、此消彼长,呈现一定的负相关关系。 本实验还构建了拟南芥、烟草和油菜的遗传转化平台,并在拟南芥中对Cre/lox系统进行了功能验证。为进一步研究脂肪酸合成过程,将研究成果应用于生产实践搭建了下游平台。