摘要: 油菜是世界上最重要的油料作物之一，相同遗传背景下，黄籽油菜的含油量往往明显高于黑籽油菜。但是造成这种现象的分子机制目前尚不清楚。油菜种皮颜色的形成机制十分复杂，因此借助同属十字花科的模式植物拟南芥探究种皮颜色与种子含油量之间的关系... 展开 油菜是世界上最重要的油料作物之一，相同遗传背景下，黄籽油菜的含油量往往明显高于黑籽油菜。但是造成这种现象的分子机制目前尚不清楚。油菜种皮颜色的形成机制十分复杂，因此借助同属十字花科的模式植物拟南芥探究种皮颜色与种子含油量之间的关系具有重要的理论和应用价值。我们实验室之前的研究表明拟南芥tt2（transparent testa2）突变体种子发育过程中许多脂肪酸合成途径上基因的转录水平被显著上调，成熟种子种皮呈黄色，种子中总脂肪酸含量比野生型种子高80％左右。同时，种子中脂肪酸组分也发生了明显的变化，长链脂肪酸（碳链长度≥20）比例明显升高。本研究利用遗传学和分子生物学技术揭示了TT2基因在种子发育过程中的表达模式，以及TT2调控种子脂肪酸形成的分子机制。 植物体内各类脂肪酸的含量与相对比例与逆境抗性密切相关。研究认为拟南芥fattyacid desaturase2(fad2)突变体中不饱和的亚油酸含量的降低导致质膜中钠离子转运蛋白活性降低，细胞内更易积累较高浓度的钠离子，因此植物对盐胁迫更加敏感。我们在研究中发现拟南芥asymmetric leaves1-01（as1-101）突变体成熟种子中总脂肪酸含量与野生型没有明显的差异，但是亚油酸和亚麻酸含量比后者显著的降低。本研究在此基础上研究了盐胁迫条件下拟南芥AS1基因在种子萌发和幼苗形态建成过程中的功能。同时从棉花中克隆到同源基因GhAS1，初步研究了该基因在拟南芥抗盐胁迫和表皮毛发育方面的功能。 本研究取得的主要结果如下: 1.明确了TT2基因在拟南芥种子中的表达特征，证实了TT2蛋白直接结合在FUS3基因的启动子上抑制其转录。我们采用正反交和原位杂交等方法首次证实了TT2基因在拟南芥发育的胚中表达。这不仅在空间上发现了该基因更加宽广的表达特征，同时也解释了其直接参与调控胚发育的可能性。在拟南芥体内，激活后的TT2-GR融合蛋白可以迅速抑制FUS3基因的转录。同时，ChIP实验也证实TT2可以直接结合在FUS3起始密码子上游3.09kb处。FUS3可以促进胚的正常发育和种存物质的积累。TT2抑制种子中脂肪酸的合成应是通过抑制FUS3的转录实现的。 2.证实了TT2通过FATTY ACID ELONGATION1(FAEI)基因抑制长链脂肪酸的合成。研究发现tt2种子除了具有较高的总脂肪酸含量外，长链脂肪酸的比例也显著高于野生型种子。FAE1基因编码一种催化脂肪酸碳链延长的关键酶，而不同发育时期的tt2种子中，FAE1基因的转录水平被大幅上调。但是tt2 fae1双突变体种子中长链脂肪酸含量则显著的低于野生型种子，并且与fae1种子没有明显的差异。这表明TT2对长链脂肪酸合成的调控是通过FAE1基因实现，但是，ChIP实验显示TT2不能直接抑制FAE1的转录，还需要其他中间因子的参与。 3.揭示了拟南芥种子总脂肪酸含量与种皮中原花青素含量呈现负相关。通过对比野生型和tt系列突变体发现，tt4、tt5、tt6和tt7的种皮颜色较黄，香草醛染色后几乎没有出现红色，表明这些突变体种皮中原花青素及其前体物质的含量极少，但是这些种子中总脂肪酸含量却显著高于野生型种子。相反的，tt10、tt18和tt19种子颜色较深，种皮中原花青素含量较高，但是种子中总脂肪酸含量却与野生型种子没有明显的差异。我们推测这种此消彼长的现象可能是由于两者竞争有限的光合产物造成的。 4.分析了as1-101突变体的脂肪酸构成以及其与种子幼苗逆境耐性的关系，成功地克隆了棉花GhAS1基因，并初步研究了该基因的功能。在含有不同浓度NaCl的MS培养基上，as1-101种子的发芽率、幼苗根生长速率和幼苗存活率都显著的低于野生型种子。盐胁迫下，as1-101萌发种子和幼苗中FAD2基因的转录水平显著降低，亚油酸和亚麻酸的含量也明显减少。这可能是导致突变体幼苗对盐胁迫更敏感的主要原因。序列分析表明棉花GhAS1基因与拟南芥AtAS1基因具有很高的同源性。在as1-101背景下超表达GhAS1基因，转基因植株对盐胁迫有很强的抗性，同时转基因幼苗的地上部分长有更多的表皮毛。 收起