蓖麻生育酚合成过程中相关基因的作用分析

发布时间：2020-04-09 05:11

【摘要】：生育酚是维生素E两大类当中的一大类,另一类叫做生育三烯酚,是动植物体内重要的抗氧化有机物质,但只能由光合型生物合成。生育酚合成所需底物中的PDP,从合成途径来看,光合型种子(如:油菜、拟南芥)中维生素E合成过程中PDP这种底物80%来自于叶绿素降解途径,仅20%来自于在GGR酶催化GGDP生成;而非光合型种子(如:蓖麻、桃仁)则只有GGDP经GGR酶催化产生PDP这一唯一途径。蓖麻,是一种适应能力极强的植物,有非常重要的农业经济价值,其种子发芽之前胚乳和胚均呈白色。有研究证明非光合型蓖麻种子中维生素E含量至少是光合型大豆种子中含量的1.7倍,本实验室前期实验检测发现蓖麻种子中的生育酚含量与种子为绿色的油菜相比高出约32%,于是我们推测蓖麻的GGR酶应该具有更强的生成PDP的能力。本研究通过研究非光合型蓖麻种子中GGR酶的生化特性,力求揭示其高效积累生育酚的代谢机制,在此基础上为进一步提高光合型油料籽粒内PDP含量提供理论依据。此外还利用拟南芥中超表达维生素E合成所必须的另一底物HGA的合成酶HPPD和生育酚合成第一步的缩合酶HPT进行了研究,从而为未来的科研人员通过科技手段显著增强主要油菜作物生产生育酚的能力提供新的理论依据。目前得到的主要结果如下:1.对蓖麻从开花到成熟的整个发育时期进行了标记以及胚、胚乳和叶片的取样,并对所有样品进行了维生素E的测定,结果表明蓖麻种子的整个发育过程中,维生素E是不断积累的。2.从蓖麻植株上取得的发育种子进行了RNA提取,并进行了cDNA反转,对蓖麻RcGGR基因进行了扩增,同时利用拟南芥的发育种子的cDNA进行了拟南芥AtGGR基因的扩增,PCR产物经过测序比对后无碱基突变后构建了组成型表达载体,通过遗传转化拟南芥ggr突变体分别获得了近60和20个独立的拟南芥T1代转基因系,发现RcGGR这两个转录本均不能对拟南芥ggr突变体进行功能互补,但AtGGR可以对拟南芥ggr突变体进行功能互补。3.扩增了蓖麻RcHPT和拟南芥AtHPT基因,对其也进行了种子特异性植物表达载体构建及遗传转化拟南芥,结果显示两类HPT转基因系成熟种子的维生素E含量较WT有所增加,但是蓖麻RcHPT基因与拟南芥AtHPT基因相比效果并不明显。维生素E生物合成途径在某种程度上还受到了上游合成途径的限制。4.对分别转有蓖麻RcHPPD和拟南芥AtHPPD种子特异性超表达转基因系种子进行了维生素E含量检测,结果显示相比拟南芥AtHPPD,蓖麻RcHPPD更能提高转基因拟南芥种子的维生素E含量。5.基于前面的几点研究我们还将AtHPT、RcHPT、AtHPPD、RcHPPD进行了不同形式的组合来共表达,也尝试了在共表达载体中使用不同的启动子,这一部分的结论暂时还没有得到,但是已收获T2代种子,下一步检测种子中生育酚含量后即可得到结论。
【图文】：

蓖麻,发育过程,蒴果,种子外观

蓖麻（Ricinus communis L.,2n=20），属于大戟科(Euphorbiaceae) 蓖麻属（Ricinus）是一种一年生或多年生的草本双子叶植物（邱丽俊 2014）。蓖麻适应环境的能力极强，因此广泛分布于世界各地，基因组大小不大不小，，约 350Mb（Foster et al 2005）。研究表明，世界范围的蓖麻种子的遗传多样性较低（Allan et al 2008; Foster et al 2010）蓖麻在武汉可作 1-2 年生作物栽培，株高可达 4 米，茎杆有白粉，叶片互生，叶柄很长，叶片掌裂状。茎顶端生圆锥花序雌雄花生长在同一花序上，雌花生于顶端，雌蕊 3 条，柱头 2 裂，红色，子房下位，3 室，无花被；雄花基本都位雌花下面，雄蕊有很多，聚生在一起。开花数量多，每个花穗上有几十朵花，每朵花可开 3-5天。蒴果中有三粒种子，蒴果表面光滑或带刺，种子肾形，有条状斑纹。种子中胚乳所占比例远大于胚，且种子的整个发育过程中胚和胚乳中都没有叶绿素的存在，呈现白色（图 1）。武汉地栽花期可以从 5 月开花至 12 月，果期最长可从 6 月持续到第二年开花前夕。

光合型,维生素E,代谢途径,种子

添底物而言可以分成两部分，增添 PDP 的含量或 HGA 的含量底物的含量。拟南芥纯合突变体 vte5 的种子与野生型种子相比 0.8 倍 (Valentin 2006)。人们在甘蓝型油菜中超表达可以控制以类胡萝卜素的前体物质酶：茄红素合酶的基因，得到的结果显类胡萝卜素含量提高了 50 倍。以上的研究中生育酚含量的增加于 GGDP 转化成 PDP 的这个步骤是有限制的。后又有科研人员HLSYN 种子中生育酚的含量是野生型拟南芥种子中含量的 0.2 合起来说明了在植物有叶绿体的组织中合成生育酚合成底物PDP 在 GGR 的催化作用下被还原成 PDP 和叶绿素降解途径，这合成 PDP 途径是叶绿素降解途径，占到 80%（图 4）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.6

【参考文献】