类黄酮对十字花科油籽油脂积累与幼苗形态建成的影响及机制

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十字花科作物(特别是油菜)是全球重要的食用油来源。黄籽油菜因其种胚中含油量高,种皮中纤维素、木质素等含量低的特点受到油菜育种者偏好。在拟南芥中,TRANSPARENT TEST(TT)家族基因催化类黄酮的合成,TT基因的功能缺失可以导致种皮呈黄色。拟南芥与油菜同属十字花科,基因组具有高度的同源性,因此它是研究油籽脂肪酸形成机制的理想模式。TT基因家族中,TT2、TTG1、TT8是重要的转录因子,它们有众多下游的靶基因,并调控类黄酮合成途径一些关键酶的表达。然而,TT8调控脂肪酸合成的分子机制尚不明确;类黄酮对于种子含油量的负调控机理以及种皮色素在进化与环境适应性方面的作用也仍不清楚。本文旨在探究:1)TT8基因在脂肪酸积累中的作用机制;2)类黄酮调控种子含油量的分子机理;3)种皮色素与类黄酮在适应逆境过程中的作用。第一、二部分以十字花科拟南芥为实验材料,第三部分以十字花科芸苔属油菜为研究对象,主要研究结论如下:  1.明确了TT8基因对调控脂肪酸合成的母本效应与分子机理。对F1种子含油量测定表明TT8基因对种子含油量的调控具有母本效应;TT8基因可以下调与种胚发育以及脂肪酸合成相关的基因表达,GR(Glucocorticoid receptor)诱导以及ChIP(Chromatinimmunoprecipitation)实验表明TT8可以直接调控LEAFYCOTYLEDON1(LEC1)、LEC2、FUSCA3(FUS3)与CYTIDINEDIPHOSPHATE DIACYLGLYCEROL SYNTHASE2(CDS2)的表达。LEC1、LEC2、FUS3是调控种子发育的重要转录因子,CDS2调控甘油酯的合成。tt8突变体同样表现为蛋白质含量的降低。  2.发现了类黄酮完全缺失突变体tt4中脂肪酸合成增多的机理。PIN4基因主要负责生长素从细胞内的极性输出,PIN4基因在tt4-5种胚中的下调表达使其种胚中表现为增多的生长素含量。WRINKLE1(WRI1)基因是调控种子发育的重要转录因子,生长素的增多可以诱导WRI1在13DAP的上调表达,进而促进糖酵解与脂肪酸合成基因的表达,使碳源流入糖酵解与脂肪酸合成途径,用于脂肪酸合成。种皮中类黄酮的缺失使更多的光合产物(糖)流入种胚用于糖酵解途径,可以导致乙酰辅酶A的增多,用于脂肪酸的从头合成。  3.比较了黑、黄种皮油菜籽结构与其发芽所得幼苗的差异。YS(yellow seeded)种子与BS(black seeded)种子在细胞与种子结构方面均具有较大差异,比如BS种子具有较厚的种皮与更多的色素积累;对胁迫条件下的发芽实验与幼苗生长实验(根长、生物量、酶活性、MDA含量、叶绿素含量等)分析表明,YS种子与幼苗对逆境(NaCl、CdCl2)更加敏感,其生长状态以及综合生理指标差于BS种子与幼苗。YS幼苗中类黄酮的减少很可能是导致其对胁迫(尤其是盐胁迫)环境适应性差的原因。  以上发现有助于我们认识十字花科植物油的形成机理,并且探究了类黄酮在种子脂肪酸积累与抵抗胁迫环境过程中的重要性。
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