拟南芥脂肪酸代谢相关基因的克隆与功能分析

【摘要】脂肪酸是细胞膜、植物种子油中三酰酯甘油的重要组成成分，也参与细胞内部信号转导途径、蛋白质修饰等重要活动。在模式生物拟南芥中开展脂肪酸代谢方面相关基因的研究，为揭示植物脂类合成、运输和调控机制奠定基础，同时也为油料作物中种子油组分的改良和含油量的提高提供重要理论依据。本论文的第一部分研究拟南芥中编码脂酰硫酯酶A基因（FATA）家族。该家族在拟南芥中有两个成员，FATA1和FATA2。我们首先用实时定量PCR对这两个成员在拟南芥各器官中的时空表达进行分析，发现FATA1在各个器官表达量均很低；而FATA2在所有器官中均表达，且在果荚中表达最高。此外，用35S:FATA2-eGFP转化拟南芥叶肉原生质体瞬时表达发现FATA2定位于叶绿体中。同时，对FATA2的T-DNA插入突变体株（fata2）中FATA2基因的表达水平进行了半定量RT-PCR检测，并对fata2的表型进行了仔细观察。半定量RT-PCR实验结果表明fata2突变体中FATA2的表达显著下降。表型观察发现与野生型相比，fata2突变体果荚更长，且包含的种子数目增多，但种子大小略小于野生型的。种子油中脂肪酸组分分析数据表明，除了略微减少的C24:0和未变化的C22:0，fata2种子油中的所有其它脂肪酸含量均比野生型增加10%～60%。这些实验数据表明FATA2在拟南芥种子脂类代谢和果荚发育中发挥重要作用。本论文的第二部分研究拟南芥中参与超长链脂肪酸生成的AtELO家族4个成员中的3个成员AtELO1,AtELO2,AtELO3的功能(另外1个成员AtELO4参与超长链脂肪酸合成的功能已被报道）。因此本研究首先对ELO基因家族在拟南芥各器官中的时空表达进行分析，发现AtELO1、AtELO3和AtELO4在各器官中有不同的表达图谱，但AtELO2在各器官中均不表达。将AtELO1、AtELO3和AtELO4分别与eGFP连接构建融合蛋白质表达载体，然后转入拟南芥叶的原生体中观察发现AtELOs-eGFP定位于超长链脂肪酸合成的部位—内质网。此外，我们分离到AtELO1和AtELO3的T-DNA插入纯合突变体atelo1和atelo3；对其进行了表型观察及叶片或种子中脂肪酸组分分析。结果表明，atelo1种子中所有脂肪酸组分含量均降低约10%～20%，而atelo3叶中各组分含量却显著增加。同时，构建35S启动子驱动的AtELO1过量表达载体，转化拟南芥得到转基因植株Pro35S:AtELO1。转基因植株种子与野生型相比，除了C20:0和C20:3外，其它脂肪组分的含量均显著增加。本研究揭示了拟南芥AtELO家族成员的时空表达、亚细胞定位和生物学功能，并为以后利用转基因技术创制高含油量的油料作物新种质或培育高含油量转基因油菜品种提供重要理论指导。本论文的第三部分研究了拟南芥棕榈酰转移酶基因（PAT）家族。该基因家族可逆催化棕榈酸与蛋白质的半胱氨酸反应形成硫酯键来进行蛋白质翻译后修饰。棕榈酰修饰的蛋白参与细胞内信号传导、膜运输等重要的生物过程。拟南芥基因组中有20个含有DHHC结构域被预测为编码棕榈酰转移酶的基因。然而该基因家族中各成员的遗传关系和表达图谱未有报道。我们的研究表明除了保守的DHHC结构域，它们的cDNA序列的相似性约30%～60%。我们在拟南芥根、茎、叶、小苗、花、嫩果荚和老果荚中检测PAT基因家族的表达图谱。结果表明除了At2g40990，其余19个成员在上述组织中有不同的表达图谱。上述研究为今后进一步鉴定拟南芥PAT基因家族参与蛋白翻译后的棕榈酰修饰的生物学功能奠定基础。
【作者】王倩；
【导师】赵惠贤；
【作者基本信息】西北农林科技大学，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】酯酰硫酯酶A；缩合酶AtELO；棕榈酰转移酶基因；拟南芥；

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