蓖麻油酸含量的分子遗传机制研究
批准号:
32072101
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
崔鹏
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔鹏
中文摘要
蓖麻油因其稳定性强、粘度高等理化性质,在航空、汽车、化工、医药等领域有着重要和不可替代的价值。蓖麻油酸是蓖麻油的主要脂肪酸组分,约占其70%-90%,其含量的高低直接决定了蓖麻油的品质,是蓖麻重要农业性状之一。但是目前人们并不清楚控制蓖麻油酸含量的分子遗传机制。在前期工作中,我们发现非洲野生蓖麻的蓖麻油酸含量普遍且显著高于国内栽培品种。通过群体遗传学和比较基因组学分析,推测蓖麻油酸合成关键酶12-羟化酶(FAH12)基因的启动子区的遗传变异可能是导致蓖麻油酸含量差异的主要原因之一。本项目拟在基础上通过比较野生和栽培蓖麻种子发育和油脂累积过程中的转录组和DNA甲基化的差异,研究遗传变异如何影响FAH12及其它油脂合成关键基因的表达调控;并克隆FAH12优势基因型,结合功能实验研究其对蓖麻油酸含量的控制。研究结果将为蓖麻分子育种提供理论基础和靶标,具有重要的科学意义和应用价值。
英文摘要
Castor oil has important and irreplaceable value in aviation, automobile, chemical industry, medicine and other fields because of its strong stability and high viscosity. Ricinoleic acid is the main component of castor oil, accounting for about 70% - 90%. Its content directly determines the quality of castor oil, which is one of the important agricultural traits of castor oil. However, presently, it is nuclear about the molecular genetic mechanisms underlying the control of ricinoleic acid content. In this work, we first found that the content of ricinoleic acid in the wild ricinus varieties from Africa was significantly higher than that in the domestic cultivated varieties. Furthermore, through the analyses of population genetics and comparative genomics, we speculated that the genetic variation in the regulatory region of the gene FAH12 encoding the key enzyme in ricinoleic acid synthesis might be the one of the reasons for the difference of ricinoleic acid content. On the basis of these findings, we plan to study the influence of genetic and epigenetic variations within the regulatory region on the expression regulation of FAH12 and other key genes of oil synthesis via data integration of the transcriptome and DNA methylation during seed development and oil accumulation of wild and cultivated castors. We also plan to clone the dominant genotype of FAH12 gene and study its control on the content of ricinoleic acid. The results will provide theoretical basis and target for molecular breeding of castor, and have important theoretical and practical significance.
蓖麻是重要的工业油料作物,种子油脂中的主要成分蓖麻油酸具有特殊的理化性质,因而被广泛应用于高强度尼龙、航空润滑、医药等众多领域。解析蓖麻油脂相关性状,尤其是蓖麻油酸含量的分子遗传机制对蓖麻及其他油料作物的油脂成分改良育种具有重要参考意义。本项目重点从以下三方面开展研究:1)建立高质量参考基因组,为下游基于不同亚群来源的蓖麻群体研究提供更为准确的分析依据;2)通过全基因组关联分析,挖掘蓖麻油脂合成代谢基因,对蓖麻种子中蓖麻油酸分子遗传机制进行深入挖掘;3)利用多组学数据,重点围绕FAH12基因进行分析研究,为蓖麻油脂合成代谢相关生物学机制提供依据。基于以上研究内容,我们开展并完成了以下工作:1)完成WT05非洲野生蓖麻品种以及XJ03和ZB05两个栽培品种的染色体级别的基因组组装及功能注释,其中WT05被进一步更新组装为端粒到端粒级别。2)构建野生种-栽培种、栽培种-栽培种重组自交系群体,挖掘并鉴定了油脂合成代谢相关基因和变异位点;3)构建模式植物脂质合成代谢基因集,并搭建了在线油料作物脂质相关信息资源数据库;4)对蓖麻种子中包括油酸、亚油酸、棕榈酸、蓖麻油酸等8种油脂成分、含量相关性状进行全基因组关联分析,挖掘到油脂成分相关位点及候选基因,部分与已知的油脂合成通路相关,这些基因中可能具备潜在的蓖麻油脂合成代谢调控功能;5)结合转录组、表观组数据,挖掘到大量潜在的受甲基化调控的脂质合成代谢相关基因,同时,针对FAH12,我们发现其大量表达发生在蓖麻种子发育的中后期,且在栽培种中发现位于其启动子区域存在甲基化区域与调控FAH12的表达相关。这些研究结果深入挖掘了蓖麻中油脂合成积累的分子遗传机制,为分子育种提供了基础理论支撑和靶标。
国内基金
海外基金