基于油桐种子3个不同发育时期转录组的油脂合成代谢途径分析

油桐是我国重要的木本油料植物, 过去对油桐的研究主要集中于栽培和常规育种, 与油桐种仁油脂合成相关的分子机理研究还未见报道。文章采用RNA-seq技术对油桐种子油脂合成的3个不同时期的转录组进行比较, 获得了大量差异表达的Unigene序列。在此基础上, 通过GO分类和Pathway富集性分析将这些差异表达Unigene归类于128个代谢途径, 其中包含与油脂合成相关的脂肪酸生物合成和甘油磷脂代谢途径。桐酸经脂肪酸生物合成途径合成后通过甘油磷脂代谢途径以桐油的形式贮存。将这两个代谢途径的Unigene序列在KEGG数据库中进行比对, 获得了一些关键酶的同源蛋白质。文章通过对编码这些同源蛋白质的基因在油桐种子油脂合成期的表达模式进行分析, 以期为油桐油脂合成, 尤其是桐酸合成机理的解析提供理论参考, 并为油桐的遗传改良提供潜在的基因资源, 从而提高油桐的单位面积产量。     

转录组测序揭示油桐脂肪酸的合成途径

油桐是我国重要的木本油料植物,过去对油桐的研究主要集中于栽培和常规育种,与油桐种仁油脂合成相关的分子机理研究还未见报道。本研究采用转录组测序（RNA-Seq）技术,比较了油桐种子油脂合成3个不同时期的转录组,获得了大量差异表达的Unigene序列。通过GO（GeneOntology）分类和代谢途径富集性分析将这些差异表达的Unigene归类于包含脂肪酸生物合成途径在内的128个代谢途径。随后将脂肪酸生物合成途径中的54个Unigene序列在KEGG（KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes）数据库中进行比对,获得了14个关键酶的同源蛋白质。本研究通过对编码这些同源蛋白质的基因在油桐种子油脂合成期的表达模式进行分析,以期为油桐油脂合成,尤其是桐酸合成机理的解析提供理论参考,并为进一步的理论研究和油桐的遗传改良提供潜在的基因资源,从而提高油桐的单位面积产量。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

油桐种籽油分累积、转化的初步研究

油桐是亚热带地区主要经济树种,桐油是重要的工业原料和传统的出口物资,提高油桐的产量与桐籽含油量对国计民生有着积极的意义。研究油桐种籽油分累积、转化和调节控制,可以为提高桐籽产量与含油量,提供理论依据及栽培措施。关于桐籽油分累积过程中,水分和营养物质的代谢,四川等地已有报道,但对油桐种籽发育过程中脂肪酸代谢,国内尚无报道。本文主要研究油桐种籽油脂累积和脂肪酸的代谢。     

基于藜麦转录组的脂肪酸生物合成途径解析

藜麦营养丰富,油脂含量高,脂肪酸组成理想,是油脂提取物的潜在资源。植物油脂主要以三酰甘油的形式储存在作物种子和果实等器官中,其合成受到环境和基因水平的调控,涉及质体、内质网和油体等多个细胞器。该文基于藜麦转录组数据,对藜麦油脂合成相关的脂肪酸生物合成途径基因进行挖掘,并对基因表达模式进行分析。结果表明:在藜麦中,与脂肪酸生物合成相关的基因序列共87条,涉及乙酰CoA羧化酶和β-酮脂酰ACP合成酶等关键酶,其中编码长链酰基辅酶A合成酶基因和β-酮脂酰ACP还原酶数目最多。通过基因表达模式分析发现,与脂肪酸生物合成相关的基因在种子表达中呈现整体上调模式,可能与种子中油脂形成和积累密切相关。对藜麦乙酰CoA羧化酶亚基编码基因进行分析发现,accD基因在不同组织间无差异表达,表明在藜麦中accD编码的β-CT亚基可能不是影响乙酰CoA羧化酶发挥作用的限制因子。藜麦KASⅡ含有保守结构域,与其他组织相比,编码基因QcFb15、QcFb45和QcFb75在种子中均存在上调表达,参与藜麦脂肪酸碳链延伸及油脂形成。对藜麦脂肪酸生物合成途径相关基因的挖掘,为藜麦油脂合成和积累的研究提供了理论基础,对高油脂藜麦品种选育等后续研究也具有重要启示作用。     

食用植物油脂的代谢工程

植物种子油可提供人类营养所需的多种脂肪酸,也是工业用油的原料之一。文章结合我们对植物种子发育、脂肪酸生物合成途径和大豆油脂遗传改良的研究,重点论述参与脂肪酸合成及其调控的一些关键酶的基因、代谢工程改良植物油脂营养价值的技术策略及其研究进展,分析目前应用油料作物种子作为“生物反应器”规模化生产有重要营养价值和特殊用途的脂肪酸的问题及技术“瓶颈”,讨论未来植物脂肪酸代谢工程主攻方向以及在培育可再生资源和推动人类社会及经济可持续发展中的应用前景。     

植物ω-7脂肪酸的系统代谢工程

ω-7脂肪酸（C16：1△9,C18：1△11,C20：1△13）,特别是棕榈油酸（C16：1△9）具有重要的工业、营养和医药价值。这些珍稀脂肪酸大多在一些野生植物的种子中合成,不能商业化生产。对普通油料作物的油脂代谢途径进行遗传修饰,使其种子大量合成并积累ω-7脂肪酸,已成为生物技术和可再生资源研究的一个热点领域。基因操作的主要靶标包括：不同来源的△9脱氢酶的应用、提高底物（C16：0）的浓度、共表达质体型和内质网型？9脱氢酶以及代谢物流的优化等。该文在解析ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控网络的基础上,重点论述了ω-7脂肪酸代谢工程的技术策略、研究进展和存在的问题,并进一步讨论了油脂物组学和转基因组学等组学技术在鉴定参与ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控的特异基因和优化油脂代谢工程设计上的应用前景。     

山杏苹果酸酶基因的克隆与生物信息学分析

三羧酸转运体系(柠檬酸,苹果酸和丙酮酸)可为脂肪酸生物合成提供原料乙酰辅酶A与还原力NADPH;而苹果酸酶可催化苹果酸发生氧化脱羧而产生NADPH,是调控脂肪酸代谢的重要酶。山杏种子脂肪酸含量丰富、产油率高,是研究植物油脂代谢的良好材料。本研究以山杏为试材,采用RACE克隆和电子拼接相结合的方法,首次从山杏种子中克隆得到苹果酸酶基因(命名为SaME,GenBank上登记号为JX262381),该基因的cDNA编码区全长1923bp、编码640个氨基酸,预测其编码蛋白分子量为70.15kD、等电点为6.38;同时,运用生物信息学方法对SaME基因编码蛋白的理化特性、结构域和亚细胞定位等方面进行预测分析,结果显示,该蛋白定位在细胞的质体膜上,具有苹果酸酶活性,属于NADP-ME超家族。本文对山杏SaME基因的克隆与分析,为进一步探究苹果酸酶对油脂代谢的调控机制奠定了基础。     

植物种子a-亚麻酸形成及调控机理研究进展

a-亚麻酸是人体必需但不能自身合成的ω-3系列多不饱和脂肪酸,主要来源于植物油脂。由于大宗油料作物种子油脂中ALA含量普遍较低,所以探寻新的种质资源,了解a-亚麻酸形成及调控机理,对于油脂营养膳食健康及植物油脂改良具有重要意义。种子中富含a-亚麻酸的陆生植物资源有紫苏、亚麻、杜仲、油用牡丹、奇亚、藿香、香薷、猕猴桃、星油藤等。在植物中,ω-3FAD是催化LA转化生成ALA的关键酶,ω-3FAD由在质体中FAD3及在内质网中的FAD7及FAD8组成。目前通过基因组及转录组研究已极大的丰富了ω-3FAD基因家族的鉴定及研究。其中,FAD3基因是种子ALA合成的关键基因,其表达受多个转录因子的调控,bZIP、WRI1、LEC、ABI3、FUS3、ASIL1和PKL等转录因子通过相互作用调控FAD3基因表达,决定油料作物种子中a-亚麻酸的含量。本文综述了高含量a-亚麻酸油料植物资源分布,以及主要油料植物种子中油脂脂肪组成及ALA的含量,种子ALA生物合成基本途径及关键基因,植物ω-3脂肪酸脱饱和酶类型及功能以及ω-3FAD的关键调控因子,以期为高ALA植物新资源的利用,以及油料植物脂肪酸成分改良等相关研究提供理论依据。     

植物ω-7脂肪酸的系统代谢工程

ω-7脂肪酸(C16:1Δ9, C18:1Δ11, C20:1Δ13), 特别是棕榈油酸(C16:1Δ9)具有重要的工业、营养和医药价值。这些珍稀脂肪酸大多在一些野生植物的种子中合成, 不能商业化生产。对普通油料作物的油脂代谢途径进行遗传修饰, 使其种子大量合成并积累ω-7脂肪酸, 已成为生物技术和可再生资源研究的一个热点领域。基因操作的主要靶标包括: 不同来源的Δ9脱氢酶的应用、提高底物(C16:0)的浓度、共表达质体型和内质网型Δ9脱氢酶以及代谢物流的优化等。该文在解析ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控网络的基础上, 重点论述了ω-7脂肪酸代谢工程的技术策略、研究进展和存在的问题, 并进一步讨论了油脂物组学和转基因组学等组学技术在鉴定参与ω-7脂肪酸生物合成途径及其调控的特异基因和优化油脂代谢工程设计上的应用前景。     

植物种子中脂肪酸代谢途径的遗传调控与基因工程

本文介绍了植物种子中脂肪酸代谢的基本途径,并从工业用和食用两方面对近年来植物脂肪酸代谢的遗传调控与基因工程研究的进展进行了较为详细的总结。植物种子中的脂肪酸成分可通过人为遗传调控发生改变。阐明利用基因工程技术调控植物种子脂肪酸代谢途径是一个新兴的、具有巨大潜力的研究领域,并将在人们生活的各方面发挥巨大作用。     

植物种子中脂肪酸代谢途径的遗传调控与基因工程

本文介绍了植物种子中脂肪酸代谢的基本途径,并从工业用和食用两方面对近年来植物脂肪酸代谢的遗传调控与基因工程研究的进展进行了较为详细的总结。植物种子中的脂肪酸成分可通过人为遗传调控发生改变。阐明利用基因工程技术调控植物种子脂肪酸代谢途径是一个新兴的、具有巨大潜力的研究领域,并将在人们生活的各方面发挥巨大作用。     

植物种子脂肪酸代谢途径的遗传调控与基因工程

本文介绍了植物种子中有肪酸代谢的基本途径,并从工业用和食用两方面对近年来植物脂肪酸代谢的遗传调控与基因工程的研究的进展进行了较为详细的总结。植物种子中的脂肪酸分可通过过人为遗传调控发生改变。阐明利用基因工程技术调控植物种子脂肪酸代谢途径是一个新兴的、具有巨大潜力的研究领域,并将在人们生活的各方面发挥巨大作用。     

微藻三酰甘油合成途径及其最新研究进展

三酰甘油(triacylglycerols,TAGs)是动物、植物、微生物和微藻细胞主要的储藏性脂类,它可应用于食品、轻工业和生物燃料等方面,是一种新型可再生能源——生物柴油生产的重要原料。与高等油料作物相比,微藻具有光合作用效率高、生长速度快、油脂产量高、不占用农业耕地和适应多种生长环境等优势,是一种潜在的新型生物柴油生产原料。然而,目前人们对有机体,尤其是微藻细胞内TAG合成与积累的分子机制及细胞的代谢调控机制还知之甚少。对TAG合成的一系列重要过程,包括脂肪酸的合成,TAG生物合成的主要途径和旁路途径,以及与TAG合成相关的关键酶和重要基因等进行了综述,特别对微藻细胞中与TAG合成相关的关键基因的最新研究进展进行了总结,旨在更好地了解油脂代谢的调控途径,为最大限度地供应生物柴油的生产原料提供理论基础。     

新型工业油料作物亚麻荠油脂代谢工程

亚麻荠(Camelina sativa L.Crantz)是一种新型的"低投入、环保型"工业油料作物。种子含油量达43%,其中α-亚麻酸35%。种子油不仅可做食用油和动物饲料,亦可用于加工保健功能食品,以及生物燃油和高值油脂产品。重点分析亚麻荠主要农艺性状和优异油脂性状,论述应用基因工程技术对亚麻荠油脂品质的遗传改良研究,包括长链多聚不饱和脂肪酸,ω-7脂肪酸,中、短链脂肪酸和蜡酯生物合成,以及单一脂肪酸富集途径的代谢组装。分析和讨论了亚麻荠功能基因组学研究动向以及亚麻荠产业发展前景。     

植物脂肪酸调控基因工程研究

脂肪酸代谢是植物最重要的代谢途径之一,脂肪酸在人们日常生活及工业生产上有重要用途,作者阐明了植物脂肪酸代谢的基本途径,并对近些年来植物脂肪酸代谢的遗传调控及基因工程的研究进展做了较为详细的总结,同时对植物脂肪酸调控基因工程发展提出了展望。     

脂肪酸延长酶缺陷对酵母细胞脂质代谢及油酸胁迫响应的影响

生物医学证据表明,过量的油脂特别是脂肪酸(fatty acids,FA)在非脂肪组织累积会引起脂代谢障碍,引起细胞功能紊乱或坏死。脂肪酸延长酶家族参与脂肪酸代谢,具有真核生物的高度保守性,且与膜脂的代谢密切相关。但脂肪酸延长酶与细胞脂毒效应的关系并不清楚。该文利用模式生物酿酒酵母在脂类代谢研究中性状易于表征、遗传操作便利的优势,通过对比脂肪酸延长酶缺陷型elo1Δ、elo2Δ和elo3Δ与野生型酵母(wild-type,WT)对不同脂肪酸胁迫的响应,发现极长链脂肪酸延长酶基因ELO2和ELO3缺陷后对油酸(oleic acid,OLA)高度敏感;细胞脂滴及中性脂质的代谢对维持细胞脂类平衡起关键作用。研究结果显示,长链脂肪酸的合成缺陷或油酸处理均促进细胞脂滴的形成,同时显著提高细胞中性油脂(TAG)和甾醇酯(SE)合成;采用气相色谱–质谱联用技术分析脂肪酸组成,结果显示,ELO3缺陷,C_(26)脂肪酸基本检测不到,而C_(20)与C_(22)脂肪酸会累积;ELO2缺失后,C_(26)脂肪酸的含量也明显降低。而油酸的处理会增加BY4741胞内总的极长链脂肪酸的比例;elo2Δ和elo3Δ的不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例增大;相反,过表达脂肪酸延长酶基因,与野生型菌株相比能显著降低细胞油酸的含量。模式生物脂肪酸延长酶对细胞脂质代谢及油酸胁迫响应的研究,为医学脂代谢障碍及细胞脂毒效应研究提供了基础数据。     

大豆种子蛋白和油脂含量调控的研究进展

作为重要的粮油饲兼用作物,大豆为世界膳食提供高达约71%的蛋白质和29%的油脂。随着人口不断增长和大豆消费需求的不断提高,在有限的耕地面积和单产条件下,大豆品质的遗传改良则更具重要意义。该文综述了大豆种子蛋白和油脂含量两个重要品质性状调控的研究进展,总结了调控大豆蛋白和油脂合成的关键酶和转录因子及因子间的相互作用,并根据蛋白和油脂合成代谢调控途径中关键酶和转录因子作用机制,绘制了大豆蛋白和油脂合成代谢的分子调控网络。此外,该文还讨论了当前大豆种子蛋白油脂含量调控研究存在的瓶颈及对策,以期为大豆种子品质的遗传改良和高产品种培育提供参考。     

巴氏蘑菇子实体不同发育阶段的转录组分析

为探讨巴氏蘑菇子实体不同发育阶段基因的表达情况,本研究对巴氏蘑菇子实体不同发育时期（原基、采收期和开伞期）进行转录组测序,以本实验室已获得的巴氏蘑菇JA菌株的不育单孢菌株JA-15036基因组为参考基因组研究原基与采收期及开伞期样本间差异表达基因,并对差异表达基因进行了GO功能和Pathway富集分析。GO功能分析结果显示,差异表达基因主要富集在跨膜转运、碳水化合物代谢途径和膜组分,它们协同调控为子实体生长发育提供稳定的内环境。KEGG富集分析结果表明,原基期上调的差异表达基因主要富集在核糖体蛋白和DNA复制,表明原基期细胞代谢旺盛,其中核糖体蛋白基因上调为后期蛋白质合成提供重要场所;采收期和开伞期子实体时期差异表达基因主要富集在碳水化合物代谢、脂肪酸降解和氨基酸代谢等途径,为巴氏蘑菇子实体的生长发育与成熟提供营养与能量。     

木薯品种(系)类胡萝卜素代谢相关基因和蛋白表达水平分析

以白心木薯华南6068、华南9号、紫叶黄心木薯BGM019和粉红木薯Mirasol为材料,探究木薯块根膨大期和成熟期与类胡萝卜素代谢通路相关的14个基因和4种蛋白质表达水平变化。用HPLC检测块根β-胡萝卜素含量的变化,分别用qRT-PCR和Western blot方法对类胡萝卜素代谢通路相关基因和蛋白酶的表达水平进行分析。以华南6068为对照,研究结果表明:华南9号和紫叶黄心木薯BGM019成熟期中的类胡萝卜素合成途径关键基因PSY2、LCYB基因显著高于膨大期,而降解相关的关键基因CCD1、NCED3在成熟期的表达量显著低于膨大期(P0.05)。粉红木薯Mirasol成熟期中PSY2、LCYB的显著下调与CCD1、NCED3的显著上调(P0.05)是造成β-胡萝卜素含量差异的原因之一。通过分析不同木薯品种(系)在膨大期和成熟期块根类胡萝卜素代谢途径相关基因的表达水平,有助于解析β-胡萝卜素积累的分子机理。此外,Western blot结果显示抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、超氧化物歧化酶和HSP70虽然和块根类胡萝卜素代谢途径没有直接关联,但它们在木薯膨大期和成熟期块根表达水平有显著差异(P0.05)。