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十字花科油籽脂肪酸及营养品质形成的分子机制

文献类型： 获奖成果

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获奖名称： 自然科学奖

获奖等级： 二等奖

关键词： 品质形成;分子机制;酸;营养品质;品质;分子;油籽;十字花科;脂肪酸;花;机制;脂肪;营养

第一完成单位： 浙江大学

获奖时间： 2015

摘要： 提高油籽含油量并优化脂肪酸、维生素E的组分、是油菜育种的重要目标，拟南芥与油菜同属十字花科，是研究油籽脂肪酸积累与营养品质形成的理想模式。项目组在2006-2013年间，受到一系列国家项目的支持，对于油菜与拟南芥种子脂肪酸及其它营养品质的形成机制开展了的研究，获得以下突破性进展： （1） TRANSPARANT TESTA2 （TT2） 基因对种胚油脂合成的抑制作用的发现：过去认为TT2 基因与种皮花青素合成有关，我们首次报道了TT2对种胚油脂合成的抑制作用，定位了TT2在种胚发育早期表达的部位细节，发现TT2直接与下游转录因子FUS3启动子序列结合，抑制其转录水平。由于FUS3能促进KASI与FAB2的协同表达，并提高糖酵解途径Glc-6-P1脱氢酶、蔗糖合成酶、丙酮酸盐激酶等一系列基因的表达水平，增加光合总产量、保证更多的光合产物流向油脂合成，因而，TT2抑制FUS3的转录水平，也就降低了种子的含油量。 （2） 种子油脂消减现象的发现与油脂消减基因（Seed Fatty Acid Reducers， SFARs）的命名：我们发现油籽成熟后期油脂分解现象，认为这一现象是由于SFAR基因的表达，将三酰甘油酯水解成游离的脂肪酸，并进而β-氧化分解造成的。我们通过抑制SFAR基因的表达，提高种子含油量。SFAR是我们发现并命名的一类分解油脂的GDSL类脂酶基因。我们在油菜基因组内鉴定到了300多个的GDSL类脂酶基因，但发现仅二十多个在种子里面表达并分解油脂，它们受到不同的上游因子调控，其中SFAR1至SFAR5的表达受到赤霉素信号的调控，根据抑制SFAR基因表达原理设计的“增油宝”，在多年多点田间试验中带来9-18% 油籽含油量提升幅度。 （3） 高温对于油菜种子成熟期油脂积累的抑制机制的解析：我们解析了高温不利于种子油脂积累的分子机制，通过对2个遗传背景差异仅 9.4厘摩尔、在高温下具有不同含油量的油菜近等基因系（NIL）进行的时空表达谱分析表明，温度影响种子内参与光合作用、胚发育、蛋白与油脂合成、逆境胁迫响应等一系列基因的表达，我们把造成NIL种子含油量的差别的原因归结到9.4厘摩尔范围内的6个关键转录因子上。我们还发现：高温条件下SFARs表达的数目多、转录水平高；低含油量NIL比高含油量NIL SFARs表达的数目多、转录水平高。 （4） 高活性维生素E、高多不饱和脂肪酸的形成机制与分子标记开发：揭示了甘蓝型油菜、白菜、芥菜等十字花科物种VTE4基因等位多态变化与油籽α-/γ-生育酚比值之间的关联，开发了6个与高α-/γ-生育酚比值相关的分子标记，从EMS诱变后代群体获得了2个α-生育酚超过190毫克/千克的油菜新品系；发现了赤霉素信号与油籽维生素E的合成的关系，制定了一套提高维生素含量与α-/γ-生育酚比值的栽培技术；还开发了一系列与油菜高亚油酸、高亚麻酸含量密切相关的分子标记、分析了油体细胞内质网α-生育酚与不饱和脂肪酸协同积累的细胞机制；应邀出版了一些专著章节（Springer出版社），结合我们的原创发现，从新的角度对脂肪酸合成的生化机制提出了系统综述。 上述工作发表在Plant Physiology （IF=7.908）， Plant Journal （IF=7.535）， Plant Cell & Environment （IF=6.242）， Theoretical and Applied Genetics （IF=3.785）， Planta （IF=3.715）， Journal of Agriculture and Food Chemistry （IF=3.387） 等一系列有影响的国际刊物上，并受到国内外同行的广泛引用。通过上述研究工作，目前为止已经训练了（毕业了）12名博士，培养了10名硕士研究生。

  • 相关文献

[1]不同播期对不同熟期油菜产量和品质的影响. 胡敏骏,俞晓敏,张海娟,邵赛男,董代幸,周成云,张立群,林宝刚,郝鹏飞,华水金,裘文君,庄雪浩,柳红波. 2023

[2]十字花科植物黑斑病的研究进展. 沈钰森,王建升,盛小光,赵振卿,虞慧芳,顾宏辉. 2021

[3]春季十字花科作物田间蜘蛛种类调查. 章金明,黄芳,张蓬军,吕要斌,刘敏,郦卫弟,贝亚维,张治军. 2013

[4]十字花科植物SOM基因的鉴定及分析. 陶鹏,钟新民,李必元,王五宏,岳智臣,雷娟利. 2015

[5]十字花科植物嫁接mRNA长距离运输基因IAA14的鉴定及比较. 陶鹏,赵彦婷,李必元,王五宏,岳智臣,雷娟利,钟新民. 2016

[6]芥子油苷在十字花科植物与昆虫相互关系中的作用. 蔡晓明,胡秀卿,吴珉,张春荣,何红梅,赵华,李振. 2012

[7]杨梅有色品种果实在转色过程中色素与主要内含物的变化. 张跃建,缪松林,王定祥,戚行江,梁森苗,陈宗良. 1991

[8]枇杷花发育进程中氨基酸和碳水化合物代谢的变化. 徐红霞,李晓颖,陈俊伟. 2020

[9]不同秋季施肥处理对枇杷开花、坐果和果实品质的影响. 徐红霞,姜路花,李晓颖,葛航,刘灵敏,陆胜民,唐为良,潘兰贵,陈俊伟. 2023

[10]睡莲5个亚属花、叶、块茎和基因组大小比较. 余翠薇,陈煜初,余东北,何圣米. 2017

[11]枇杷果、叶、花相关性状QTL定位分析. 赵崇斌,张苇胤,李舒庆,郭乙含,徐红霞,陈俊伟,杨向晖,彭泽. 2024

[12]蕙兰B类MADS-box基因的克隆及表达分析. 向林,秦德辉,李小白,李伯钧,郭方其,吴超,孙崇波. 2011

[13]低温胁迫下枇杷不同发育阶段的花果转录组比较分析. 徐红霞,周慧芬,李晓颖,姜路花,陈俊伟. 2021

[14]番茄抗叶霉病基因及分子育种的研究进展. 叶青静,杨悦俭,王荣青,阮美颖,周国治,姚祝平. 2004

[15]水稻穗发芽及其调控机制研究进展. 张会杰,翟荣荣,叶胜海,朱国富,王俊梅,朱英,张小明. 2018

[16]植物叶片衰老相关研究进展. 严雯奕,叶胜海,董彦君,金庆生,张小明. 2010

[17]茉莉素调控植物生长发育的研究进展. 冯孟杰,徐恒,张华,朱英. 2015

[18]丹参酮生物合成分子调控机制的研究进展. 李珅,林爱真,杨媛,沈亚芳,饶盈,羊健,刘云辉,王洋,周伟. 2018

[19]从水稻再生的研究进展看籼稻遗传转化的未来. 王诗雨,蒋莹莹,徐恒,朱英,张华. 2021

[20]甘蓝型油菜叶片失绿突变研究进展. 黄锐之,吴耿尉,王文嘉,吴学龙,陈新宇,何海燕,杨勇,王华. 2023

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