利用遗传工程的方法提高油菜油的品质和过量表达外源热休克蛋白减少因逆境造成的油菜产量损失

发布时间：2020-08-02 05:17

【摘要】：农业是世界经济发展的重要支柱之一。在农产品中,植物油具有重要的食用和经济价值。通过遗传工程学改变种子中的油脂组分以更加适用于食用或用作燃料已成为近年来的重要课题。相对于传统育种方法来讲,通过遗传工程学手段提高油菜籽的油品质量已展现出显著优势和光明前景,但也存在许多限制因素,比如脂质调控途径尚不清晰、脂肪酸合成途径极其复杂、甘蓝型油菜基因组中A染色体和C染色体存在大量功能冗余等。这些因素限制了利用全基因组关联分析(GWAS)找到特定的基因位点以获取高质量菜籽油的分子标签。例如,一些油菜基因包含了分布在不同染色体位点的多个同源拷贝,而这些不同拷贝对相应的表型可能起到不同的作用。脂肪酸由多种不同碳链长度和饱和度的脂肪酸组成,不同的脂肪酸组分决定了菜籽油的营养品质。近年来,高α-亚麻酸(ω-3脂肪酸含量)含量的菜籽油被广泛应用于营养食品领域。在本项研究中,我们首先通过高通量基因组重测序数据库结合表型分析数据进行GWAS分析,得到与ω-3脂肪酸这一重要菜籽油营养指标相关的114个单核苷酸多态性(SNP)位点。并对这些位点在ω-3脂肪酸合成中的贡献率进行评估。随后利用这些SNP位点作为标记,通过位点特异性PCR筛选高ω-3脂肪酸含量的油菜品种。本项研究为油菜的遗传改造和高ω-3脂肪酸含量的油菜品种筛选提供了新的途径。油菜因为其高油酸含量和相对于多元未饱和脂肪酸较强的抗氧化稳定性从而有利于储藏特性,吸引了研究者的广泛关注。因此本项研究还通过GWAS方法对324份多基因型油菜关联分析得到与高油酸含量相关的基因位点。然后通过在酿酒酵母中表达相关基因以鉴定其在高油酸合成中的功能。我们的研究可以为培育高油酸含量的油菜品种提供了新的分子标记,对油菜的遗传改良和高营养品质的油菜品种筛选具有重要意义。高温,冷害,干旱等非生物胁迫可以改变植物的生理过程,限制植物的光合作用。油菜的产量和品质也受到这些非生物胁迫的影响。如何提高胁迫条件下油菜产量和菜籽油品质是亟需解决的重大课题。据此,本课题还对小分子热休克蛋白(s HSP)进行了研究。s HSP普遍存在于植物体内,在植物受到极端环境胁迫时,s HSP被诱导表达以帮助植物适应多变的气候环境。近年来有文献报道了s HSP在多种植物中的作用,但s HSP在油菜抗逆方面的作用研究甚少。为此,我们克隆了烟草中的Nt HSP17.6并转化油菜获得稳定遗传的转基因植株。表达式通过分析表明,高温胁迫可以诱导Nt HSP17.6基因的表达,同时在Nt HSP17.6高表达的植株中脯氨酸、可溶性糖和叶绿素含量较高,水分损失较小。同样,在干旱和盐胁迫下,通过比较转基因株系和野生型株系根系生长情况和生物量分析,转基因植株也表现出较强的耐受性,说明Nt HSP17.6在油菜耐受非生物胁迫的过程中起到关键作用。此发现对培育抗逆作物品种和减少产量损失具有积极意义。总之,在这项工作中,我们利用GWAS和转基因方法,通过开发等位基因特异性标记,利用新的靶基因选择高品质性状,来解决油菜复杂基因组和脂质调控方面存在的问题,为利用农业工程提高作物产量提供了动力,并为植物遗传工程师和育种家在提高油菜籽油的营养成分和产量的工作中提供新的策略。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4

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本文编号：2778210