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芝麻(Sesamum indicum L.)是一种具有重要经济价值的油料作物,种子含油量高,脂肪酸丰富,其中主要是油酸和亚油酸。前人研究表明,硬脂酰酰基载体蛋白脱饱和酶(SAD)是硬脂酸向油酸转化的唯一催化酶,对调控植物脂肪酸中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸比例起到关键作用。油酰磷脂酰胆碱去饱和酶(FAD2)催化拟南芥种子中油酸向亚油酸转化,决定拟南芥种子脂肪酸中油酸和亚油酸的比例。芝麻SAD基因为单拷贝,即SiSAD;芝麻FAD2基因为双拷贝,包括Si FAD2A和SiFAD2B。本研究对通过重测序和全基因组关联分析关联到的芝麻SiSAD和SiFAD2A基因进行克隆并分析其在芝麻种子不同发育时期以及不同组织中的表达情况;将SiSAD和Si FAD2A基因分别在15份高油酸和15份低油酸材料中进行扩增,测序比对后,分析基因序列多态性;分别构建转基因酵母表达载体和植物表达载体,获得转基因酵母菌株和转基因拟南芥株系,对基因的表达情况和功能进行分析。获得的结果如下所示:1、本研究通过同源克隆,得到芝麻SiSAD和SiFAD2A基因。荧光定量PCR结果显示:SiSAD和Si FAD2A基因在芝麻根、茎、叶、花、种子等器官中均有表达,在种子中表达量最高。SiSAD和SiFAD2A基因在种子中的表达具有时序性。SiSAD基因表达量在种子发育前期增长较慢,但在开花后11d-14d增长很快,后增幅减小,趋于平稳。Si FAD2A的表达量在开花后5-14d逐渐升高,14d后逐渐降低。SiSAD和SiFAD2A基因的表达模式与种子中油酸和亚油酸的积累趋势基本保持一致。2、SiSAD和SiFAD2A基因序列多态性较高,在芝麻高、低油酸材料中差异明显。分析表明,Si SAD基因序列具有两种单倍体型,11个SNP位点,其中6个SNP位点为无义突变,2个SNP位点为碱性类氨基酸间的突变。SiFAD2A基因序列形成三种单倍体型,10个SNP位点,其中两个位点为有义突变,其他位点均为无义突变。这些变异位点可能与芝麻油酸含量相关。3、将芝麻SiSAD和SiFAD2A基因分别转化到酿酒酵母INVSC1菌株中,在3个转SiSAD基因酵母菌株中,油酸(C18:1)含量较对照分别上升了4.7%、0.11%和2.82%。通过芝麻SiSAD基因的过量表达,酵母菌株中油酸含量明显升高,表明芝麻SiSAD可以提高酵母菌株中油酸的相对含量;在3个转SiFAD2A基因酵母菌株中,油酸(C18:1)含量较对照分别下降了12.78%、24.50%和8.55%,亚油酸(C18:2)分别上升了232%、538%和441%,SiFAD2A基因可以促进酵母菌株中油酸向亚油酸的转化。4、将芝麻SiSAD和SiFAD2A基因分别转化到拟南芥中,较对照拟南芥植株,转SiSAD基因拟南芥植株中的硬脂酸(C18:0)的含量分别降低了3.0%、3.0%和6.1%,油酸(C18:1)分别升高了2.8%、4.3%和7.8%,亚油酸(C18:2)分别升高了4.9%、3.0%和4.5%,转基因拟南芥株系中的饱和脂肪酸含量与不饱和脂肪酸含量的比值(15.8%、15.8%和15.8%)均低于对照(16.1%),表明芝麻SiSAD基因的过量表达可以促进拟南芥种子中硬脂酸向油酸的转化,调控脂肪酸中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的比值。转化SiFAD2A基因拟南芥植株中,亚油酸(C18:2)含量分别升高4.42%、9.41%和4.04%,表明芝麻SiFAD2A基因可以促进拟南芥种子中油酸向亚油酸的转化,调节拟南芥种子中部分脂肪酸的相对含量。