DGAT1协同脂肪酸去饱和酶调控油茶种子油酸高效合成与积累的分子机制

Oil-tea tree (Camellia oleifera), an important woody edible oil tree species, contains oleic acid of about 90% in its seeds. Previous studies showed that SAD and FAD2 genes played an positive and negative catalyst for biosynthesis and accumulation of oleic acid respectively, but the molecular mechanism is unclear. Based on our previous work, in this project, the regulation mechanism of oleic acid synthesis will be clarified by CoSAD and CoFAD2 cloning, members detection, subcellular localization, expression sites detection, expression patterns, and correlation analysis. The role of CoDGAT1 in oleic acid (18:1) accumulation in TAG will be determined by CoDGAT1 gene cloning, transformation to yeast mutations, and isotope assay. High oleic acid content tobacco lines will be screened by multi-genes co-transformation to tobacco and fatty acid analysis. The regulation mechanism of high accumulation of oleic acid in seeds on molecular level will be finally eluciadated. Our results will be useful for clarification of oleic acid synthesis mechanism in other oil crops, and can provied important theoretical basis for new species breeding with high oleic acid content.

油茶是我国重要的木本食用油料树种，茶油（种子油）中油酸含量可接近90%，前期研究发现，油酸的合成分别受SAD和FAD2基因的正负催化作用，但高效积累的分子机制并不清楚。本项目在前期研究基础上，通过油茶CoSAD和CoFAD2基因家族成员的鉴定、亚细胞定位及表达部位检测，种子不同发育阶段CoSAD和CoFAD2基因的表达模式与油酸积累的关联分析等，解析CoSAD和CoFAD2基因对油酸合成的影响机制；通过转基因酵母缺失突变体，同位素标记等，确定CoDGAT1酶对油酸底物选择的特异性；通过CoSAD和CoDGAT1双基因共转化烟草，研究两者协同作用下对油酸积累的影响，并最终揭示油茶油酸高效合成与积累的分子机制。研究结果可为高油酸含量的植物新种质创制提供重要的理论基础和技术支撑。

油茶是我国南方重要的木本油料树种，在我国有着2300多年的栽培历史，主要分布在我国亚热带省区。茶油中富含不饱和脂肪酸，其含量一般在90%以上；各脂肪酸组分中，油酸(18∶1Δ9)含量极高，一般可达80%以上。.本项目针对油茶中油酸含量高的特点，围绕DGAT和SAD家族基因开展了系统研究，取得了如下主要成果：.(1)鉴定并克隆了油茶中所有的DGAT家族成员，以及其他的油脂合成关键基因GPAT和PDAT，之前的研究发现仅个别物种有DGAT3基因，本研究中DGAT1和DGAT2发现并克隆了DGAT3基因，通过生物信息学、亚细胞定位分析、表达分析等，证明了PDAT途径及PDAT酶基因虽对油茶油脂积累也有贡献，但kennedy途径以及该途径的DGAT1对油脂的积累起着最重要的作用，且对油酸（C18:1）的合成具有偏好性。.(2)发现并鉴定了5个SAD家族基因，并成功分离克隆了其中的4个，结合相对qRT-PCR和绝对表达实验，阐明了SAD1-4等4个家族成员的表达模式，结合油茶油酸合成积累的模式，论证了SAD1在油茶油酸合成中起着最重要的作用。.(3)通过酵母转化，明确了DGAT家族基因和SAD家族基因在油脂与脂肪酸合成代谢过程中存在协同作用，其中DGAT1和SAD1对油脂的积累以及油酸的合成的协同作用最显著。.(4)建立了油茶组培再生技术体系。以子叶和下胚轴为外植体，通过愈伤诱导、芽的分化、生根培养等，成功建立了油茶的高效、稳定的再生技术体系，为油茶的遗传转化、实现分子育种奠定了重要基础。.通过该项目研究，我们取得了较系统的研究成果，丰富和发展了我们对脂肪酸合成代谢的认识和知识，部分结果显示了在油茶分子遗传改良应用上的潜在价值。