水稻种子中多不饱和脂肪酸生物合成调控机制

Polyunsaturated fatty acids(PUFA), linoleic acid and α-linolenic acid, from plant are not only essential in human health and nutrtion, but also closly related to stress resistance in plants.PUFA synthesis in plants proceeds by a number of genes. 12FAD and 15FAD, as the key enzymes catalyzing oleic acid and linoleic acid conversion to linoleic acid and α-linolenic acid, are encoded by multiple genes.Presently, functional analyses of them are mainly focused on Arabidopsis and a few oil crops, relative research in rice has hardly been reported. In this study, three Δ12FADs and Δ15FADs will be isolated from rice and introduced into rice under the control of an embryo or endosperm-specific promoter to test the role of each Δ12FAD and Δ15FAD in rice seeds. Simultaneously,spatial and temporal expression pattern of Δ12FAD and Δ15FAD will be identified.In addition, we will then screen cis- acting elements and trans-acting factors of Δ12FAD and Δ15FAD and examine effect of abscisic acid on expression of these genes. Implementation of this research would be of great theoretical significance to unreval the regulatory mechanism of polyunsaturated fatty acid biosynthesis in rice and would be practically significant in providing new germplasm resources for breeding rice cultivar with higher α-linolenic acid content and stronger stress resistance via biotechnology.

植物多不饱和脂肪酸（亚油酸与α-亚麻酸）既是人们必需营养成份，又与植物抗逆性密切相关。植物多不饱和脂肪酸的合成是一个复杂的过程，很多基因参与了这一过程。Δ12脂肪酸脱氢酶（FAD）和Δ15FAD是植物多不饱和脂肪酸合成的关键酶，均由多个基因编码，其功能研究主要集中在拟南芥和少数油料植物中，水稻中相关研究很少。本研究拟从水稻中各克隆三个Δ12FAD和Δ15FAD基因，通过胚和胚乳特异性过量表达和抑制这些基因的表达，明确在种子中起主导作用的Δ12FAD和Δ15FAD基因。同时鉴定这些基因表达的时空特性，筛选获得调控这些基因表达的顺反式作用因子，探讨ABA对这些基因表达的作用，对于系统解析水稻中多不饱和脂肪酸合成的调控机制具有重要理论意义，同时为利用生物技术手段培育α-亚麻酸高含量及抗逆性增强的水稻品种提供新的种质资源，具有重要应用价值。

植物多不饱和脂肪酸是人们必需营养成份，其合成是一个复杂的过程，Δ15FAD是植物多不饱和脂肪酸合成的关键酶，均由多个基因编码，从水稻中克隆三个Δ15FAD基因，通过胚和胚乳特异性过量表达和抑制这些基因的表达，明确了在种子中起主导作用的Δ15FAD基因。同时鉴定这些基因表达的时空特性，筛选获得调控这些基因表达的顺反式作用因子，探讨ABA对这些基因表达的作用，对系统解析水稻中多不饱和脂肪酸合成的调控机制具有重要理论意义，同时为利用生物技术手段培育α-亚麻酸高含量及抗逆性增强的水稻品种提供新的种质资源。.从水稻中克隆了ω-3FAD基因，利用水稻种子特异性表达启动子驱动OsFAD3基因，构建了植物表达载体。遗传转化获得转基因植株。分子检测证明目的基因已经以不同的拷贝数整合到水稻基因组中并且能在转基因植株中高效表达。脂肪酸组成分析显示，转基因水稻种子中α-亚麻酸（ALA）的含量均显著提高。对照组ALA含量为0.24 ± 0.01 mg g-1，转基因植株中达到6.09 ± 0.11 mg g-1，是对照的25.4倍。且转基因水稻富含ALA的性状能够稳定遗传。转基因水稻种子中ALA更倾向位于sn-2位，预示富含ALA的转基因水稻可能被人体有效地吸收和利用。.为实现ALA高含量转基因水稻的产业化，构建无选择标记的OsFAD3表达载体，以目前主栽品种宁粳1号和龙稻5号为受体进行遗传转化，获得了独立转基因植株。经分子检测，从其分离后代中筛选获得了10个不含选择标记基因且目的基因表达量高的植株进行脂肪酸组成分析。ALA最高增加了11.8倍，含量达5.11 ± 0.19 mg g-1。.委托农业部转基因生物食用安全监督检验测试中心（北京）对富含ALA水稻及对照水稻进行大鼠喂养试验，各组大鼠均未发现明显中毒症状，无死亡情况发生。组织病理学检查，不认为喂食转基因水稻对大鼠的生长发育产生不良影响。与非转基因水稻组相比，喂食同剂量转基因水稻大鼠的脑组织神经递质中亚油酸含量显著降低，而α-ALA和EPA含量显著升高，说明喂食富含α-亚麻酸水稻可以显著降低大鼠脑组织中LA含量，提高α-ALA和EPA含量。.本研究利用种子特异性高强度启动子在水稻中过量表达水稻ω-3FADs，建立提高种子ALA含量的最佳体系，获得具有营养和保健功能的水稻新品系。同时剔除选择标记，为实现ALA高含量转基因水稻的产业化奠定