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油体膜蛋白基因OLEs在芍药种子油体形成中功能解析

批准号:
32071813
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
孟家松
依托单位:
学科分类:
林木遗传育种
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟家松

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
油体是油料植物种子储存油脂的细胞器,其大小、数量和稳定性与种子含油量密切相关。目前,有关牡丹和芍药籽油的积累机制研究侧重于脂肪酸合成及其相关基因的挖掘,而对于贮存油脂的油体研究尚未涉及。油体膜蛋白(OLEs)影响植物油体形成和稳定的重要因素,了解油体膜蛋白基因OLEs生物学功能对揭示植物脂类代谢机制有着重要作用。本研究拟以含油量高低不同的两个‘杭芍’品系为材料,在分析油体组织形态、理化特性的基础上,通过转录组与蛋白组联合分析筛选调控油体形成的OLEs基因,再进一步通过表达模式检测、亚细胞定位分析、烟草和拟南芥突变体转化、体外脂质体融合分析、酵母双杂交筛选OLEs基因互作蛋白来明确油体形成的关键OLEs基因及其生物学功能,解析与OLEs基因互作蛋白的作用关系,从而详尽阐述OLEs在芍药种子油体形成中的功能,为提高芍药种子含油量提供基因资源和理论依据。
英文摘要
Oil body (OB) is a unique oil storage organelle of oilseed plants. The size, number and stability of OB have close relationship with oil content of seed. At present, the study of tree peony and herbaceous peony seed oil accumulation mechanism only focuses on the fatty acid synthesis and digging related genes. However, there is none study involved in OB formation. Oleosins (OLEs) are the main protein of OB, and affect the formation and stability of OB. To understand the biological functions of OLEs can provide an great contribution to reveal the mechanism of plant lipid metabolism. Our study intends to use high and low oil content P. lactifolra 'Hangshao' strains as material. Based on the organization form, physical and chemical properties research of oil body, we are going to screen out the whole OLEs through combination analysis of transcriptome and iTRAQ. Furthermore, expression pattern construction, subcellular localization, gene transformation into tobacco and Arabidopsis mutants, fusion of key genes with liposome in vitro, yeast two hybrid will all be introduced to confirm the key OLEs and their biological functions, to help for understanding of interaction relationship between OLEs and other proteins. The above researches will further illustrate the details of OLEs function during oil body morphogenesis, and provide gene resources and theoretical basis for improving the herbaceous peony seed oil content.
油体是油料植物种子储存油脂的细胞器,其大小、数量和稳定性与种子含油量密切相关;油体膜蛋白(OLEs)是影响植物油体形成和稳定的重要因素。近年来研究表明,单瓣型芍药‘杭芍’种子产量大、含油率高、富含不饱和脂肪酸,具有开发与利用价值;但有关芍药籽油的积累机制侧重于脂肪酸合成及其相关基因的挖掘,而对贮存油脂的油体研究尚未涉及。本项目聚焦影响种子含油量的油体形成问题,从油体组织形态入手,首先验证了‘杭芍’高含油量种子中的油体的体积和数量要比低含油量的两个品系的种子中油体略有增加。其次,通过分离油体并测定油体的粒径和Zeta电位以及不同环境下的油体稳定性,发现高含油量种子油体的粒径和Zeta电位的绝对值要大于低含油量种子的;但不同环境下的油体稳定性二者区别不大。接着,通过转录组测序和蛋白组测序联合分析获得候选关键油体膜蛋白基因PlOLE4。进一步克隆PlOLE4基因,其核苷酸序列长435 bp,编码135个氨基酸;其在高含油量种子中的表达量均要高于其在低含油量种子的表达量,且两者随着种子发育时期呈现先升高后降低的模式;亚细胞定位显示PlOLE4定位于油体上;烟草中过表达PlOLE4后,转基因植物的种子长度、宽度及百粒重均明显高于野生型,转基因植物种子的含油率及总脂肪酸含量是野生型的2倍,且明显提高了不饱和脂肪酸的含量;拟南芥ole突变体回补PlOLE4基因后,可提高拟南芥不饱和脂肪酸含量,参与不饱和脂肪酸合成。最后,通过芍药酵母文库构建和酵母双杂交筛库,筛选到PlOLE4互作蛋白PlTPS62,进一步通过BiFC实验和Pull Down实验均验证二者互作,随后对PlTPS62表达水平检测显示其随种子发育表达量增加,并定位在内质网上。这一结果详尽阐明了PlOLE4在芍药种子中增加了油体的形成,并提高了不饱和脂肪酸含量,为提高芍药种子含油量提高基因资源和理论依据。
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