拟南芥与油菜GDSL类脂肪酶基因的in silico分析及其对种子油脂积累影响的研究

【摘要】油菜是我国主要的食用植物油来源,提高种子含油量一直是油菜育种的主要目标之一。提高油菜种子含油量的努力以往大多集中在增加油脂的有效合成上,然而,阻碍种子油脂的降解,也是提高种子含油量的有效策略,但在目前,尚未被广泛重视。GDSL基因是一类重要的水解酶,能够分解油脂。目前,人们对于油菜基因组中GDSL基因的数目、分布、组织表达特征与功能,特别是其对种子油脂积累的消减作用还缺乏了解。本研究的目的在于了解油菜A基因组中GDSL基因的结构序列特征、在染色体间的分布状况及与拟南芥GDSL基因进化上的关系；掌握部分GDSL基因在模式植物中的时空表达特征、基因位点缺失性突变对种子脂肪酸积累的影响；揭示不同含油量的重组自交系(RILs)与近等基因系(NILs)之间、不同温度条件下,油菜GDSL基因的表达谱特征及其对含油量的影响。主要研究结果如下：(1)通过生物信息学研究手段,在油菜A基因组中共获取141个GDSL基因,在拟南芥中获取了108个GDSL基因,分析了它们的基因的结构,并在此基础上,构建了系统进化树。依据最大似然法(MaximumLikelihood),将油菜A基因组的141个GDSL基因分成3个亚家族；通过对油菜与拟南芥GDSL基因氨基酸序列的同源簇分析,发现两者间共有82组同源基因。利用CIRCOS软件,分别将油菜A基因组与拟南芥的GDSL基因定位在各条染色体上,并把具有对应关系的同源基因用线条连接起来。我们发现,GDSL基因在各条染色体之间呈不均匀分布。此外,利用TargetP1.1Server软件对GDSL基因进行亚细胞定位分析表明,可以定位到分泌途径上的GDSL基因数目最多(共116个)(2)从拟南芥各染色体上,选择了16个GDSL基因进行时空表达模式与缺失性突变功能研究。其中9个基因(AT1G23500、AT1G53900、AT1G54000、AT1G54790、AT1G75890、AT1G75900、AT2G03980、AT2G23540、AT3G09930)在两种或两种以上的组织中同时表达；有3个基因(AT2G19010、AT2G36325和AT5G42170)仅在一种组织中特异表达；另有4个基因(AT1G54010、AT1G58020、AT2G19050、AT2G19060)在根、叶、花蕾、嫩角果和老角果等5种组织中未检测到表达。就GDSL基因在各器官中的表达强度而言,AT1G54000在根中表达较强;AT1G75000、AT2G03980、AT2G19010、AT2G36325、AT5G42170在花蕾中表达较强；AT1G75900和AT2G23540这两个基因在嫩角果中表达较强；而AT2G23540在老角果中表达较强。(3)对突变体研究表明,16个gdsl突变体种子的外部形态没有明显的不同,但千粒重存在显著差异。除at2g19060的种子千粒重低于野生型对照(’Col-0’)外,剩余15个突变体的种子千粒重均不同程度高于野生型,其中atlg53990种子的千粒重比野生型高20%以上。除了at1g53990和at5g42170外,其它14个gdsl突变体种子含油量均高于野生型,其中at2g19060种子的含油量比野生型高30%以上。超微结构观察发现,高含油量gdsl突变体种子细胞中充满油滴数量多,而低含油量突变体种子细胞中则油滴密度小、蛋白体表面积大。在野生型中,占主导地位的脂肪酸主要是亚油酸和亚麻酸,两者占总脂肪酸50%以上；而一半以上的突变体种子这两种组分之和小于50%。(4)油菜高、低含油量重组自交系(RIL-hoc与RIL-loc)在开花后40d至50d种子中的含油量差异显著,但是,在开花后40d,RIL-loc种子细胞中积累较大量的蛋白体,而在RIL-hoc种子中则积累较大量的油滴。RIL-hoc种子油酸和亚油酸含量显著高于RIL-loc.在开花后30d时,GDSL基因在RIL-hoc中的表达量显著高于RIL-loc,在开花后40d,GDSL基因的表达量在两者中基本一致,但至开花后50d,GDSL基因在RIL-loc种子中的表达量则超过了RIL-hoc中的表达量。GDSL基因在低含油量近等基因系(NIL-1)种子中表达量显著高于高含油量近等基因系(NIL-9)的基因数目有46个；反之,则仅有8个基因。表明GDSL基因的大量表达对于分解油滴,降低含油量具有重要的作用。(5)超过80%的GDSL基因在高温诱导下表达量显著高于低温处理。说明在高温处理促进了GDSL基因的大量表达,并导致油脂的大量分解,从而降低了油菜种子细胞中的油脂含量。此外,我们还发现温度与基因型显著的互作效应。无论在高温、常温还是低温处理下,总是有一组更多的GDSL基因在低含油量近等基因系(NIL-1)种子中的基因表达量显著高于高含油量近等基因系(NIL-9)中的表达量。上述的这些发现,加深了人们对于油菜种子油脂积累分子机制的理解。
【作者】李志兰；
【导师】蒋立希；
【作者基本信息】浙江大学，作物学，2014，博士
【关键词】油菜；拟南芥；GDSL；组织特异表达；insilico；突变体；脂肪酸；

【参考文献】
[1]于晓林.对兰州市体育休闲圈（带）建设的研究[D].兰州理工大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[2]王东红.多产品订货与定价联合决策探讨[J].中国流通经济,2014,02:63-68.
[3]汤羽.湖南移动通信公司财务集中管理模式优化研究[D].湖南大学,工商管理,2013,硕士.
[4]朱玉苗.基于平衡记分卡的企业并购整合绩效评价研究[D].山东财经大学,会计学,2012,硕士.
[5]李树君,方宪法,南国良,张小超.数字农业工程技术体系及其发展[J].农业机械学报.2003(05)
[6]阚文文.《儒林外史》审美探索[D].曲阜师范大学,中国古代文学,2004,硕士.
[7]李伯远.乡镇自治精神：托克维尔关于美国民主的重大发现[D].首都师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[8]徐锋平.环境侵权责任保险制度研究[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[9]徐颖.中小学超常教育的实践反思[D].华东师范大学,教育管理学,2003,硕士.
[10]张澜.订单型服装企业流水线设备配置比例的预测及生产计划的优化[D].东华大学,服装设计与工程,2004,硕士.
[11]袁莉.华蟾素注射液腹腔灌注治疗恶性腹水的回顾性研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[12]张宸.无线电调频发信机自动测试系统不确定度评定分析[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[13]张龙.中日服务贸易竞争力分解及比较研究[D].吉林财经大学,国际贸易学,2014,硕士.
[14]谢国忠.世界上最大的数据仓库Teradata数据仓库提升沃尔玛竞争优势[J].现代制造,2005,23:64-65.
[15]徐玲玲.后现代设计下的展示设计研究与应用[D].齐鲁工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[16]王高林,张国强,贵献国,徐殿国.永磁同步电机无位置传感器混合控制策略[J].中国电机工程学报,2012,24:103-109+17.
[17]孟梅.石墨—碳化硅坩埚的抗氧化性能研究[D].西安建筑科技大学,材料学,2013,硕士.
[18]马道明.内蒙古自治区兴和县曹四夭矿区钼矿成矿地质背景及找矿方向探讨[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[19]殷步九.一体(元)化电子出版系统新结构研制成功是我国电子出版事业发展的又一里程碑——关于电子出版系统发展中若干问题之我见(连载二)[J].云南印刷.1995(02)
[20]郑静.基于生命周期理论的物流企业物流能力提升研究[D].安徽工程大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[21]官建成,刘权.改进的Hamming神经网络在R&D项目中止决策中的应用[J].控制与决策,2001,06:882-885+889.
[22]姜展志.海马骨粉多肽制备及其抗氧化活性研究[D].宁波大学,食品工程（专业学位）,2014,硕士.
[23]潘克昊.建设客户关系管理系统[J].中国保险,2003,12:62.
[24]杨俊杰.韶山7型电力机车滚动抱轴箱体的裂纹分析与改进设计[D].西南交通大学,机械工程,2003,硕士.
[25]王明兵.基于GIS技术的无线电管理系统设计与实现[D].浙江工业大学,2012.
[26]吴敏,廖环宇,曹卫华,王春生,段平.烧结过程智能优化控制方法及应用(下)[J].冶金自动化,2010,03:1-4.
[27]宋向婷.我国税收代位权法律制度研究[D].河北经贸大学,经济法学,2014,硕士.
[28]马爱荣.S100在子宫内膜癌中表达的意义[D].青岛大学,妇产科,2004,硕士.
[29]撖奥洋,邓星,文明浩,李惠宇,陈晓燕.高渗透率下大电网应对微网接入的策略[J].电力系统自动化,2010,01:78-83.
[30]刘鑫.水稻育秧土混拌机关键部件的研究[D].黑龙江八一农垦大学,农业机械化工程,2014,硕士.
[31]刘松贺.大卫·体谟的正义思想研究[D].黑龙江大学,政治学理论,2013,硕士.
[32]王文蕊,吴耀华.带实际约束的大规模车辆路径问题建模及求解[J].控制与决策,2013,12:1799-1804.
[33]刘瑞峰.韩国中小企业员工的汉语需求分析及学习策略研究[D].沈阳师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[34]张汝君.再起天香—香道文化品牌设计[D].山东工艺美术学院,艺术设计,2014,硕士.
[35]刘德燕.基于因子聚类分析的企业绩效评价研究[D].云南财经大学,企业管理,2014,硕士.
[36]郑东泽.气象因素对寒地玉米生长发育、产量及品质的影响[D].东北农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[37]陈敏霞.浙江省卫生机构控烟措施及烟草暴露调查研究[D].浙江大学,社会医学与卫生事业管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]赵旭.内部控制鉴证与财务报表审计质量的相关性研究[D].山东大学,会计学,2013,硕士.
[39]王志武.高中物理实验教学中合作学习的实践研究[D].东北师范大学,教育,2012,硕士.
[40]王元贵.直流牵引供电系统短路故障识别与定位研究[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[41]汪海旸.含有缺陷层一维光子晶体结构的制备与光学性能研究[D].东华大学,等离子体物理,2013,硕士.
[42]刘益青,高厚磊,高伟聪.适用于数字化变电站的继电保护数据处理新方法[J].电力系统自动化,2011,15:68-72.
[43]刘孟旭.基于EP的多分类器表决分类算法[D].郑州大学,2004.
[44]柳硕.网络控制系统的实用稳定性分析和控制器设计[D].东北大学,运筹学与控制论,2009,硕士.
[45]张吉人.SBS改性沥青防水卷材屋面工程施工及质量控制[J].建筑技术.1997(06)
[46]李敏杰.NdFeB/Nd多层永磁膜的制备工艺与磁性能研究[D].太原科技大学,材料学,2014,硕士.
[47]米凡.WSN中2-连通2-支配集构造算法[D].南昌航空大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[48]丁凯.不平衡电网下三相PWM整流器的自适应滑模控制[D].哈尔滨工业大学,电气工程及其自动化,2014,硕士.
[49]魏婕.硼化物小分子MB_2、M_2B(M=Na,B)基态势能函数[D].新疆师范大学,理论物理,2013,硕士.
[50]张艳.蒋敦复词及其词学主张探究[D].内蒙古师范大学,中国古代文学,2013,硕士.