甘藍型油菜（Brassica.napus）是*為重要的油料農(nóng)藝作物之一，研究其油脂的合成和代謝對于培育高含油量的油菜品種具有重要意義。在模式植物擬南芥和甘藍型油菜中，油脂主要是以甘油三酯（triacylglycerols，TAGs）的形式儲存在種子里。目前，針對促進油脂積累研究多集中在甘油三酯合成和降解方面。干旱脅迫會對植物生長產(chǎn)生不利影響，但干旱脅迫響應(yīng)基因在植物油脂合成和代謝方面的作用與機理則研究相對較少。

　　4月10日，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院栗茂騰教授課題組在Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了題為Droughtresponsive genes, late embryogenesis abundant group3 (LEA3) andvicinal oxygen chelate (VOC), function in lipid accumulation inBrassica napusand Arabidopsismainly via enhancing photosynthesis efficiency and reducingROS的研究論文。本文揭示了干旱脅迫基因LEA與VOC可通過提高光合效率，降低活性氧對植物細(xì)胞的傷害，從而保證了干旱情況下甘藍型油菜與擬南芥中含油量的穩(wěn)定，以及提高了正常環(huán)境下種子中油脂的積累。

　　LEA作為一個小分子蛋白，在非生物脅迫中可起到穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和中和因脅迫脫水而增加的離子的作用，從而使得細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)滲透壓環(huán)境保持穩(wěn)定。甲基乙二醛（methylglyoxal，MG）是碳水化合物和油脂新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害副產(chǎn)物，VOC基因主要編碼蛋白為甲基乙二醛酶I（GlyoxalaseI，GLYI），其可在谷胱甘肽的作用下可以對MG起到降解和轉(zhuǎn)化，從而幫助植物應(yīng)對非生物脅迫。在這項*新的研究中，栗茂騰教授研究團隊首先從甘藍型油菜（AACC，2n=38）克隆了干旱脅迫相關(guān)基因BnLEA和BnVOC各4個拷貝，以及擬南芥同源的AtLEA與AtVOC基因，并分別構(gòu)建了種子特異表達啟動子和CaMV35S啟動子的超表達載體；結(jié)果顯示在擬南芥中超表達LEA和VOC基因的轉(zhuǎn)基因后代不僅抗旱性增強，而且種子含油量也有了顯著提高。同時，種子千粒重也有所提高；而擬南芥atlea3突變體和AtVOC基因的RNA干擾后代在干旱脅迫下的抗旱性和含油量則均明顯下降，突變體遺傳回補則可明顯使抗旱性和含油量表型回補。熱成像與顯微切片結(jié)果顯示，atlea3與AtVOC-RNA干擾后代的種子發(fā)育和葉表形態(tài)溫度等均會受到干旱影響。同時，在甘藍型油菜中也進行了多個拷貝的BnLEA與BnVOC的超表達載體、BnLEA與BnVOC的RNA干擾載體進行了遺傳轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)基因后代出現(xiàn)了相應(yīng)的抗旱性與含油量的表型。并且，相比于正常生長栽培環(huán)境，在干旱脅迫的情況下，LEA與VOC基因的對含油量對作用效果更為顯著。為進一步驗證LEA與VOC基因的功能，對單基因的擬南芥和甘藍型油菜轉(zhuǎn)基因后代均進行了雜交，包括正向調(diào)控株系和反向調(diào)控株系。相比于單基因的轉(zhuǎn)基因后代，雜交后代的含油量表型變化更為顯著。這說明作用機制不同的干旱脅迫響應(yīng)基因均可對植物油脂的積累產(chǎn)生影響。

　　為揭示干旱脅迫基因在油脂積累中的作用機理，本文選取超表達BnLEA，BnVOC，AtLEA，AtVOC以及atlea3突變體和AtVOC-RNAi植株的種子和葉片，進行了長期和短期干旱脅迫下多個組合的轉(zhuǎn)錄組測序分析。結(jié)果表明，LEA基因可使光合作用相關(guān)路徑、油脂合成網(wǎng)絡(luò)路徑上的基因表達上調(diào)；而VOC基因則可在油脂降解、乙醛酸代謝以及含氧化合物代謝網(wǎng)絡(luò)上起到作用。針對轉(zhuǎn)錄組測序獲得的差異表達結(jié)果，通過進一步的光合效率測定以及活性氧代謝系統(tǒng)中相關(guān)酶學(xué)和代謝物實驗驗證，證實了LEA基因可以在干旱脅迫的情況下，通過穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使得脅迫環(huán)境下油脂合成可以正常進行，并有效提高光合效率，產(chǎn)生更多的有機物供給，實現(xiàn)植物油脂合成的增加。VOC基因可以降低甲基乙二醛和活性氧的含量，并使下游的油脂降解降低，從而促進了植物種子中油脂的積累。本研究結(jié)果為油料作物的含油量的改良育種提供了新的思路和依據(jù)。

　　本論文的通訊作者為華中科技大學(xué)栗茂騰教授，*作者為梁語博士，來自華中科技大學(xué)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目小組成員，山東師范大學(xué)，湖北工程學(xué)院，黃岡師范學(xué)院的研究者也參加了相關(guān)研究工作。本研究得到國家973項目、國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

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