紫苏ALA代谢积累关键基因的克隆、表达分析及功能研究

植物ω-3 FAD基因是催化亚油酸转化为ALA的关键酶基因，通过调节该基因的表达，可以提高植物ALA的含量和对逆境的适应性。本项目以植物脂肪酸代谢网络系统的最新理论为指导，以目前发现的ALA含量最高的油料作物紫苏为实验材料，分离高表达ω-3脂肪酸脱氢酶蛋白的同源基因，分析研究ω-3 FAD基因转录表达与ALA代谢积累的作用关系，确证控制ALA高含量积累的"开关基因"；同时，研究非生物学压力及JA等信号分子在ω-3 FAD基因转录表达中的调控作用，探讨紫苏种子发育过程中ALA代谢物流网络的生理与分子调控机制；此外，将ω-3 FAD基因转入模式植物拟南芥，验证ω-3 FAD基因的生物学功能，在此基础上，将ω-3 FAD基因导入优质甘蓝型油菜，创制富含ALA的特种油菜品种资源。该研究对于揭示植物ALA的代谢积累调控机制和通过遗传改良生产植物ALA、改善植物对逆境胁迫的耐受性等具有重要的参考价值。

α-亚麻酸（α-linolenic acid，ALA）属ω-3系列多不饱和脂肪酸，为人体必需脂肪酸，具有预防高血压、心血管疾病等功能。人和哺乳类动物缺少ω-3脂肪酸去饱和酶（ω-3 FAD）基因，无法自身合成此类不饱和脂肪酸，必须从食物中获取。目前ALA的来源主要是深海鱼油，但我国深海鱼油资源较为贫乏，而日常食用的植物油，如豆油、花生油、菜籽油等，虽然含有较为丰富的亚油酸，但ALA的含量却很低（0-10%左右）。在正常饮食情况下，人体往往不能足量摄入所需的ALA，致使我国人群膳食中普遍缺乏ALA，因此，挖掘和开发富含ALA的植物资源具有重要的应用价值。紫苏富含多不饱和脂肪酸，其种子油脂中ALA的含量高达60%以上，是目前发现的ALA含量最高的植物资源，因此，研究紫苏ALA高含量代谢积累模式、分离克隆控制ALA代谢积累的关键酶基因，探讨其表达调控的生理与分子机制和生物学功能等具有重要的理论和应用价值。. 植物ALA由ω-3 FAD催化亚油酸而来，该酶是脂肪酸合成途径的一个限速酶，通过调节该酶的过量表达，可以使植物中ALA的含量增加，而ALA含量的变化能改变膜脂中脂肪酸的组成，还可以作为茉莉酸前体物质参与植株的防御反应。植物中一般存在两种ω-3 FAD，一种在微粒体中（ω-3 FAD3），另一种在质体中（ω-3 FAD7、ω-3 FAD8）。本项目研究了紫苏种子发育过程中ALA的积累动态，建立了紫苏ALA代谢积累模式；采用同源克隆、RACE和染色体步移等技术成功克隆了ω-3 FAD基因，分析了基因的表达模式及与ALA代谢积累动态的作用关系；Real-time PCR结果分析表明，ω-3FAD基因尽管在根、茎、叶、花、果实中均有表达，但具有鲜明的组织特异性，FAD3在种子中的表达量最高，FAD7在叶片中的表达量最高，而FAD8在茎中的表达量最高，表明FAD3基因是控制种子ALA合成积累的关键基因。此外，项目研究了温度及JA、SA等信号分子在ω-3 FAD基因转录表达调控中的作用；构建了植物表达载体，并利用农杆菌介导的方法将紫苏ω-3 FAD基因导入模式植物烟草和甘蓝型油菜，对获得的转基因植株进行了分子鉴定和GUS染色分析。该研究对于进一步验证ω-3 FAD基因的生物学功能，利用脂肪酸代谢基因工程技术定向改良植物油组分和品质等具有重要的理论参考价值和广阔的应用前景