紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因克隆与功能研究 作物学报    2020, 46 (8): 1283-1290.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.94192

图6 转 PfDGAT2 拟南芥种子脂肪酸相对含量分析
图中*为PD2-1、PD2-3、PD2-5、PD2-5与野生型Col-0之间各组分显著性分析。*代表在P < 0.05时显著性的差异, **代表在P < 0.01时显著性的差异, ***代表在P < 0.001时显著性的差异。数据点为平均值±标准误(n = 3)。

正文中引用本图/表的段落

经潮霉素筛选并分子鉴定后, 最终得到9个转基因株系, 命名为PD2-1至PD2-9。单株收取9个株系T₂代种子测含油率, 选含油率最高的4个株系分析脂肪酸组分。由图5可知, 与野生型拟南芥相比, 转基因种子含油率提高了21.68%~77.89%, 其中PD2-1、PD2-3、PD2-5、PD2-8株系种子含油率增加最多, 分别增加了53.04%、62.10%、77.89%和47.01%。PD2-1、PD2-3、PD2-5、PD2-8四个株系的脂肪酸组分(图6), 与对照相比, 亚麻酸(C18:3)增加了4.57%, 花生一烯酸(C20:1)增加了7.44%, 花生二烯酸(C20:2)提高了5.4%, 而二十二一烯酸(C22:1)含量提高了10.37%。棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)和亚油酸(C18:2)显著降低, 分别降低了3.47%、6.64%和4.83%。油酸(C18:1)和花生酸(C20:0)呈降低趋势, 但变化不明显, 分别只降低了0.18%和1.91%。这说明, PfDGAT2所编码的DGAT2酶不仅显著提高种子含油率, 还提高亚麻酸等不饱和脂肪酸的含量, 显然, PfDGAT2在TAG组装过程中倾向于以不饱和脂肪酸亚麻酸、花生一烯酸、花生二烯酸和二十二一烯酸作为底物。

有研究表明, 过表达DGAT2基因可以增加油的积累和不饱和脂肪酸的合成。Bourgis等[36]和Tranbarger等[37]发现, 过表达油棕EgDGAT2基因使大量的油沉积在中果皮中, 提高了油棕的含油量。本研究在拟南芥中过表达PfDGAT2后发现, 拟南芥种子油增加了21.68%~77.89% (图5), 说明PfDGAT2在种子油积累中起重要作用, 能提高种子含油量。TAG中不饱和脂肪酸的积累首先是将官能团插入酰基链中, 然后将不饱和的脂肪酸组装到TAG。在本实验中, 外源基因PfDGAT2在拟南芥中的过表达导致多不饱和脂肪酸亚麻酸、花生一烯酸、花生二烯酸和二十二一烯酸的增加, 棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸降低(图6), 显然PfDGAT2对种子中亚麻酸等不饱和脂肪酸积累起着重要作用。Chen等[38]发现, GmDGAT2表现出了对不饱和脂肪酸的底物偏好性, 其中亚油酸的含量增加, 而亚麻酸的含量减少。Zheng等[27]在拟南芥中过表达椰子CoDGAT2, 导致拟南芥的种子亚油酸含量显著增加, 花生一烯酸和花生酸的比例降低, 表现出对亚油酸底物的偏爱。在这些研究中, 与本试验亚麻酸、二十二一烯酸等含量增加, 亚油酸等含量减少不同的是, 过表达大豆、椰子、油棕等植物的DGAT2基因都表现出了亚油酸含量增加, 其他不饱和脂肪酸含量减少, 例如亚麻酸或花生一烯酸减少。这可能是因为这些植物的脂肪酸组分不同, 例如油棕榈中果皮只有10%亚油酸, 不含亚麻酸[39], 而酿酒酵母不含亚油酸或不含亚麻酸[25]。紫苏含丰富的α-亚麻酸, 因此其PfDGAT2表现出对亚麻酸等组分的偏好性, 导致在TAG组装过程中, 有更多的亚麻酸、花生一烯酸、花生二烯酸和二十二一烯酸组装到TAG骨架上, 从而降低了棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸含量。

本文的其它图/表

• 表1 PCR引物
  
• 图1 PfDGAT2基因的克隆与分析
  A: PfDGAT2的PCR扩增产物, M: DL2000 DNA marker。B: PfDGAT2 保守结构域的预测结果。
  
• 图2 不同植物DGAT2氨基酸序列的系统进化树
  分支上的数字表示Bootstrap验证中基于1000次重复该节点的可信度。
  
• 图3 不同植物DGAT2蛋白序列比对分析
  PfDGAT2: 紫苏; SiDGAT2: 芝麻(XP_011098009.1); StDGAT2: 马铃薯(XP_006365015.1); AtDGAT2: 拟南芥(OAP06431.1); GmDGAT2: 大豆(NP_001299586.1); NtDGAT2: 烟草(AGL46984.1); CsDGAT2: 亚麻荠 Camelina sativa(XP_010426724)。黑色方框内依次为DGAT2蛋白的YFP、EPHS、GGVQE、RXGFX(K/R)XAXXXGXX(L/V)VPXXXFG(E/Q)和VVGRPI的保守结构域。
  
• 图4 PfDGAT2基因不同组织和种子不同时期的相对表达量
  柱值标以不同字母表示在P < 0.05水平差异显著性。数据点为平均值±标准误(n = 3)。
  
• 图5 转PfDGAT2拟南芥种子含油率
  柱值标以不同字母表示在P < 0.05水平差异显著性。数据点为平均值±标准误(n = 3)。