花生种子蛋白合成的回补途径调控与蛋白质组研究

通过调节植物种子营养物质的生物合成和配比进行种子品质改良是非常有效的手段。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC， EC 4．1．1．31）在植物种子发育过程中通过回补途径调控种子的蛋白质合成，在植物中高表达PEPC可以促进种子蛋白质的积累。深入研究其调控所引起的蛋白质合成变化模式和相关机制，将为作物种子品质的改良提供重要的理论基础和应用依据。本项目利用已有的花生种子蛋白质组和相关基因功能的研究背景，在建立花生再生和转化体系，并已得到花生贮藏蛋白种子特异启动子及证实其功能的基础上，通过在转基因花生种子中调节PEPC的不同水平表达，致力于用生理、生化、分子生物学和蛋白质组学等方法来明确PEPC通过回补途径调控种子发育过程中蛋白合成的变化规律，深入阐明其相关代谢网络和分子机理。

通过遗传工程和生物技术手段调节植物种子营养物质的生物合成和配比进行种子品质改良是非常有效的手段。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC）可以通过回补途径调控脂肪酸，氨基酸和蛋白质的合成。在植物种子中下调表达PEPC会促进脂肪酸合成并降低蛋白质的合成与积累，反之则可以促进种子蛋白质的合成。花生是我国重要的油料种子作物，本研究的实验结果表明，在花生中下调表达PEPC会导致植物生长发育不良，植株矮小，种子的结实率和种子重量下降。本研究还克隆得到了花生溶血磷脂酸酰基转移酶基因LPAAT1（lysophosphatidic acid acyltransferase），并发现该基因对种子的脂肪酸合成和不同脂肪酸积累的模式有调节作用，在转基因拟南芥中过表达AhLPAAT1，可使转基因拟南芥种子总含油率下降，而脂肪酸中单不饱和脂肪酸油酸含量下降，多不饱和脂肪酸亚麻酸含量升高。对花生种子中的蛋白质组成进行分析，发现大部分蛋白参与了种子营养物质代谢、脱水耐性和损伤修复等过程。本研究对花生14-3-3基因、GSL1（gibberellin stimulated-like proteins）基因和SNARE（soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor）基因等序列也进行了克隆和转基因功能分析，发现这些基因均参与了植物激素的调控与应答过程，并调节植物的生长发育和抗逆反应等生理过程。本研究所取得的实验结果对于进一步揭示通过回补途径调控种子发育过程中脂肪酸和蛋白合成的变化规律及其调控过程具有重要意义，为阐明花生中相关功能基因的作用机理提供了线索。