鞘脂代谢调控油菜生长和抗非生物逆境研究

发布时间：2020-05-23 14:20

【摘要】：中国是第二大菜籽油产出国,菜籽油产量占我国自产食用植物油约45%。自然环境的变化,如干旱、冷害、盐碱及冻害等对油菜的生长以及含油量都产生了很大的影响,因此提高油菜对逆境的抗性成为了研究的重点之一。本研究主要探究油菜在生长发育过程中,细胞内鞘脂的组成及含量对油菜生长发育的影响,以及在响应逆境胁迫时鞘脂代谢途径中的关键酶基因是如何改变鞘脂的含量和组成来调控油菜的抗逆性。鞘脂是细胞膜的重要组成成分,同时作为生物活性分子参与调控细胞生长、细胞分裂、细胞凋亡和应激反应等。在植物中已经报道了鞘脂参与调控细胞程序性死亡、ABA信号途径、花粉发育和低温信号途径等现象,但具体调控机制不详细,尤其是鞘脂信号传导途径中的受体、靶蛋白和调控因子都未知。本研究利用质谱分析技术准确分析了油菜不同组织中鞘脂的含量和组成,发现鞘脂在不同组织中的含量和组成有着显著差异。进一步分析了在多种逆境胁迫条件下油菜叶片中鞘脂的含量变化,结果发现水分和盐胁迫导致油菜叶片中鞘氨醇长链Sph d18:0和Sph d18:1含量显著下降,暗示参与鞘氨醇(Sph)磷酸化的鞘脂激酶(SphK)活性增加。通过转录组分析,我们发现数了个编码鞘脂合成代谢途径的关键基因在水分和盐胁迫下表达量显著提高,以上数据表明鞘脂可能参与调控油菜逆境胁迫。我们进而在油菜中分别克隆了两个调控鞘脂代谢的鞘氨醇-1-磷酸(S1P)裂解酶基因(SPL1,SPL2)和两个调控鞘脂代谢水平的鞘氨醇-1-磷酸(S1P)去磷酸化酶基因(SPP1,SPP2),通过构建过表达载体和CRISPR/Cas9表达载体,进行油菜遗传转化并获得了阳性的转基因油菜。为下一步进行表型鉴定及鞘脂组成和含量检测,确定油菜中鞘脂代谢对油菜的生长发育及抗逆性的影响打下了重要基础。
【图文】：

鞘脂,羟基化,不饱和

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位（毕业）论文6-30 个 C 的脂肪酸长链分子（FA）和一个特殊的极性头部基团。鞘氨醇长链（LCB）和脂肪酸长链分子（FA）以酰胺键的方式共价结合，合成复杂鞘基本鞘脂结构分子神经酰胺（ceraminde）（Gault et al 2010）。神经酰胺端可被不同的极性头部基团所取代，如磷酸、糖基等，进而合成复杂的鞘脂（Liang et al 2003）。在植物细胞膜中主要存在两大类：鞘磷脂和鞘糖脂脂的复杂性不仅取决于极性头部基团，还决定于脂肪酸长链的长度、鞘氨醇肪酸长链的不饱和度以及羟基的数目和位置（刘润华等 2009）如图 1：红圈是不饱和键的位置，蓝色圆点是羟基化的位置。

合成代谢,拟南芥,途径,鞘脂

图 3 拟南芥中鞘脂合成代谢途径及相关酶基因（Louise et al 2016）Figure 3 Sphingolipids metabolic pathway in plant（Louise et al 2016）1.2.2 植物中鞘脂的作用及其研究现状植物鞘脂是细胞膜的重要组成部分，约占全部组成部分的 40%，研究发现在细胞质膜和液泡膜中发现了 140 多种不同种类的鞘脂（Mukhtar et al 2002，Sperling et al 2000），在植物细胞的生长发育和细胞的信号交流中发挥着重要的作用。在酵母和拟南芥中的研究发现，在鞘脂合成途径中存在很多关键酶（Danielet al 2004），都对细胞的生长发育起着关键的作用，已知发现的关键酶如表 1。通过研究研究发现，鞘脂合成路径中的关键酶基因如 LCBP1，sphingolipidΔ4-desaturase, sphingolipid，Δ8-desaturase, sphingoid base hydrolase，ceramidekinase 和 LCBK 等发现鞘脂的合成和修饰对植物生长发育和抗逆有着重要的作用（Imai and Nishiura 2005，Chen et al 2006，Chen et al 2008，，Michaelson et al2009，Chen et al 2012）。例如，干旱会引起植物中 LCBK 活性的迅速上升，LCBK
【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】：S565.4

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