大豆硬脂酰-ACP Δ^9脱氢酶(GmSAD)基因家族的鉴定及功能分析

硬脂酰-ACPΔ~9脱氢酶(Stearoyl-acyl carrier proteinΔ~9 desaturase,SAD)在质体中催化单不饱和油酸或棕榈油酸的合成,是控制植物细胞饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比例的关键酶。为解析大豆油酸合成积累调控机制,文中对大豆Glycine max GmSAD家族成员进行全基因组鉴定和保守功能域及理化性质等分析。应用qRT-PCR检测GmSAD各成员的时空表达谱,构建表达载体并通过农杆菌介导烟草Nicotiana tabacum瞬时表达和油酸缺陷型酵母Saccharomyces cerevisiae突变株BY4389遗传转化测试GmSAD酶活性和生物学功能。结果表明,大豆基因组含有5个GmSADs家族成员,其编码酶蛋白均具有二铁中心和SAD酶特有的2个保守组氨酸富集基序(EENRHG和DEKRHE),预测其活性酶蛋白为同源二聚体。系统进化分析显示5个GmSAD分成2个亚组,分别与拟南芥AtSSI2和AtSAD6亲缘关系较近。GmSAD各成员在大豆根、茎、叶、花和不同发育时期种子等组织中表达谱差异明显,其中GmSAD5在发育种子中、晚期高量表达,与油脂富集时期相吻合。烟草叶片瞬时表达GmSAD5可使叶片组织中油酸和总油脂含量分别提高5.56%和2.73%,而硬脂酸含量相应降低2.46%。缺陷型酵母遗传转化测试显示,过表达GmSAD5能恢复缺陷酵母合成单不饱和油酸的能力和促进油脂积累。总之,大豆GmSAD5对硬脂酸底物选择性较强,能高效催化单不饱和油酸的生物合成,为大豆种子油酸和总油脂积累机制的研究奠定了基础,也可作为油脂品质遗传改良的优异靶标。