滇新樟种子油脂十八碳多不饱和脂肪酸品质形成的分子机理研究

Neocinnamomum caudatum, widely distributed in Yunnan and Guangxi province, southwest of China, is a unique species rich in polyunsaturated fatty acids (PUFA), such as linoleic acid and linolenic acid, in Lauraceae. However, the metabolic pathway underling PUFA biosynthesi in N.caudatum seeds remains unknown. In this proposal,we aim to isolate crucial genes involved in the PUFA metabolic pathway through comparing and analyzing groups of transcriptomes derived from different tissues and seeds of different developmental stages in N.caudatum and other oil-rich species in Lauraceae. Then, we will characterize function of these genes in Yeast，Arabidopsis and Brassica napus seeds using biochemical and molecular biological approaches. We hope that the knowledge derived from these studies will be helpful to improve oil quality in oil-producing crops in the future.

滇新樟是广泛分布在云南、广西等地的樟科高油植物，其种子内油脂含量高，且富含亚油酸、亚麻酸等十八个碳原子的多不饱和脂肪酸（PUFA）。这样的种质资源在樟科高油树种中非常罕见，因此其油脂品质的代谢途径值得阐明。本项目拟从分析、比较樟科不同高油树种、不同组织部位和不同发育阶段种子间的转录组数据入手，通过分析上述基因的时空表达模式，在滇新樟中筛选并克隆3-5个参与脂肪酸碳链延伸、脱氢去饱和、甘油三脂组装的关键基因，运用生化与分子生物学等手段在酵母、拟南芥和油菜中验证这些基因的功能，进而解析滇新樟种子油脂十八碳多不饱和脂肪酸品质形成的分子机理。本项目的研究成果将为今后改良油料作物的油脂品质提供理论依据和实践基础。

近年来，中链脂肪酸油脂（MCT）在健康食品、生物柴油和工业原材料方面的应用十分广泛。樟科植物（Lauraceae）是自然界为数不多的、富含中链饱和脂肪酸油脂的重要种质资源。解析樟科植物的油脂代谢分子机理，挖掘中链脂肪酸油脂性状形成的关键基因，对于开发新型种质资源，定向进化改造特定脂肪酸组成的油料作物，具有重要意义。本项目在分析了400余个樟科植物种子油脂数据点的基础上，选择了脂肪酸组成相对特殊（富含硬脂酸和亚油酸）的滇新樟（Neocinnamomum caudatum）作为研究对象，通过转录组测序、同源克隆、跨物种分析比对等手段，比较研究了樟科高油树种油脂代谢的分子机理，得到如下结果：（1）在滇新樟发育种子中，经过序列拼接组装，得到了239,703个转录本序列（unigene），进一步的差异表达分析筛选出了137个参与脂肪酸合成、甘油三脂组装和油滴释放的转录本序列，其表达量随后被qRT-PCR所验证；（2）通过对比滇新樟与樟科其他十二种植物的酰基ACP硫酯酶B （FatB）基因，发现中链脂肪酸为主物种的FatB蛋白，普遍比长链脂肪酸为主物种的FatB序列缺失约30个氨基酸残基，且缺失位点高度保守；（3）基因合成和体外诱导表达实验证明：NcFatB蛋白氨基端第12到21位的10个氨基酸，可能决定了长链脂肪酰基-ACP的底物偏好性；（4）构建植物表达载体，将NcFatB基因分别导入拟南芥、水稻和油菜中进行表达验证；（5）利用酵母遗传互补体系，筛选出数个樟科甘油-3-磷酸酰基转移酶（GPAT）基因，并进行了功能验证。本项目为揭示樟科植物中链脂肪酸油脂合成与累积的分子机制，开发新型种质资源，以及今后通过定向进化油脂代谢基因，改造传统油料作物以生产“定制”油脂，提供了一定的帮助。