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投注网在植物油脂合成调控研究中取得新进展

核心提示: 3月16日,投注网油菜团队在New Phytologist上在线发表研究论文,研究通过候选基因关联分析并结合基因功能研究揭示了非特异性磷脂酶C6在提高十字花科油料植物种子产油量中的作用和机制。

南湖新闻网讯(通讯员 蔡光勤)3月16日,New Phytologist在线发表了题为“Nonspecific phospholipase C6 increases seed oil production in oilseed Brassicaceae plants”的研究论文。该研究通过候选基因关联分析并结合基因功能研究揭示了非特异性磷脂酶C6在提高十字花科油料植物种子产油量中的作用和机制。

非特异性磷脂酶C(nonspecific phospholipase C, NPC)是新鉴定出的一类磷脂酶,可以水解细胞内的膜磷脂产生二酰甘油,而二酰甘油是合成植物油(三酰甘油)主要底物。拟南芥中一共鉴定到6个NPC基因,目前还没有NPC基因影响植物种子油脂含量的报道。油菜作为全球第三大(仅次于油棕和大豆)、中国第一大油料植物,在中国被广泛种植。研究者利用候选基因关联分析的方法,在甘蓝型油菜自然群体中鉴定到4个NPC基因与含油量显著关联,而NPC6在C01染色体上的拷贝BnNPC6.C01同时与千粒重、单株产量和含油量正相关。该基因在甘蓝型油菜的自然群体中存在10个单倍型(主要单倍型2个),其中优势单倍型NPC6.C01-1能提高含油量2.1%,千粒重1.4%,产量6.1%,表明该单倍型在甘蓝型油菜产油量育种中具有重要的应用价值。研究者将拟南芥的NPC6在十字花科油料作物亚麻荠(Camelina sativa)中过表达,结果显示过表达NPC6能显著提高亚麻荠的千粒重30.8%、含油量6.3%,单株产量30%,进而增加产油量38%。

为了进一步研究该基因影响油料植物种子油脂含量的机制,研究者在拟南芥中分离了NPC6的突变体,构建了该基因的过表达系。结果显示,NPC6的T-DNA插入突变体种子含油量降低7.5%,而过表达系增加8.1%。代谢组学分析显示,在发育的角果中,突变体中磷脂酰胆碱和二半乳糖甘油二酯含量显著增加,而二酰甘油的含量显著降低,过表达系中正好相反;同位素示踪显示,同位素标记后的突变体发育种子中磷脂酰胆碱和半乳糖脂的同位素信号下降速率较野生型慢,并且在三酰甘油中积累的速率也较慢,而过表达系中与之相反,说明NPC6可能以磷脂酰胆碱和半乳糖脂为底物产生二酰甘油。为了进一步验证该推测,研究者在体外表达了NPC6蛋白,体外酶活分析显示NPC6有较高的磷脂酰胆碱和半乳糖脂的水解活性。亚细胞定位也显示NPC6定位于细胞膜和叶绿体中。上述结果说明NPC6以磷脂酰胆碱和半乳糖脂为底物水解产生二酰甘油进而促进种子中三酰甘油的积累。该研究揭示了NPC6调控十字花科植物种子中油脂合成,丰富了我们对植物油脂合成调控的认识,并提供了有重要应用价值的基因资源。

唐纳德丹佛斯植物科学中心和投注网联合培养博士后蔡光勤为论文第一作者,郭亮教授和唐纳德丹佛斯植物科学中心、美国密苏里大学圣路易斯分校王学敏教授为共同通讯作者,周永明教授及杨庆勇副教授参与了该研究。该研究得到了国家重点研发计划-国际合作(2017YFE0104800)、科技部“973”计划(2015CB150204)、国家自然科学基金(31801029)、博士后国际合作交流计划(20160034)以及美国能源部(DE-SC0001295)和国家自然科学基金(MCB-1412901)等项目的资助。

审核人:郭亮

论文链接http://dx.doi.org/10.1111/nph.16473

责任编辑:王姝靖
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