白檀果实油脂累积规律及转录组分析

发布时间：2018-02-01 05:47

本文关键词： 白檀油脂含量脂肪酸组成生物合成代谢转录组表达模式　出处：《中南林业科技大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：白檀(Symplocos paniculata(Thunb.)Miq.),山矾科山矾属,落叶灌木或小乔木。该树种抗逆性强、结实早、果实富含油脂、且不饱和脂肪酸含量相对较高,是高品质食用油和理想的工业油料植物,是具有重要生态经济价值和极大发展前景的半野生状木本油料植物。目前,针对其高产培育的快速检测方法与基础理论研究很薄弱,尤其从分子水平探讨油脂合成规律及调控机理的研究仍是空白。因此,本文以湖南地区124株白檀优株的成熟果实为材料,采用近红外光谱测定与化学计量学方结相结合,构建油脂含量测定近红外光谱模型;以野生白檀优株C3为对象,采用恩酮比色法,气相质谱联用和原子吸收等分析方法,观测白檀果实不同发育阶段,油脂,糖类和蛋白质累积特点,并分析其变化与矿物质营养元素含量的相关性;根据油脂累积规律,对油脂累积过程中四个关键阶段(10、80、140和170DAF)的白檀果实进行RNA-Seq转录组测序,综合分析油脂生物合成关键基因表达模式及其通路,基本探明白檀果实油脂生物合成的分子机制,初步确定了油脂合成相关基因。主要研究结果如下:1、采用最小二乘回归法(PLS)构建了果实油脂含量快速测定近红外定标模型。将原始光谱数据消除基线偏移和噪音,获得最佳预测模型。利用一阶导数结合平滑法(FDE+SG)处理原始光谱建模得到最佳的含油率(RCV=0.9758)、棕榈酸(RCV=0.9422)和油酸(RCV=0.9879)校正模型;采用二阶导数结合标准正态变量转换法(SDE+SNV)得到最佳的硬脂酸(RCV=0.9195)模型光谱;而最佳的亚油酸模型(RCV=0.9598)则通过二阶导数结合乘积分散校正法(SDE+MSC)获得;一阶导数(FDE)处理方法得到的RCV值最高为0.8022的亚麻酸校正模型。进一步通过外部交叉验证校准模型的可靠性和准确性,含油率、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等测定模型的外部验证决定系数(R2)分别为0.96、0.90、0.71、0.91、0.91和0.73,剩余预测偏差(RPD)分别是3.7、2.9、2.8、3.4、3.3和2.6,表明所有的校正模型可以用于白檀果实油脂含量与主要油脂成分的的快速测定。2、观测果实油脂累积动态规律发现,果实油脂从10 DAF开始累积,呈“S”型变化,油脂最大含量可达36.6%,主要成分是棕榈酸、油酸、硬脂酸、亚油酸和亚麻酸,果实成熟时其相对含量分别为18.3%、50.6%、1.3%、26.7%和2.5%;油脂以油体和油细胞的形式贮藏,主要累积场所是中果皮、胚乳和胚三个部位,其中,胚乳是果实中最主要的油脂累积部位。根据油脂含率变化规律,可以将白檀果实油脂累积过程划分为三个阶段:油脂累积缓慢期(10～80 DAF)、油脂累积快速期(80～140DAF)和油脂累积稳定期(140～170 DAF)。果实油脂累积过程中,饱和脂肪酸含量呈先升后降的变化,最低含量为20%;而不饱和脂肪酸相对含量不断增长,最高可达79%。3、测定油脂累积不同阶段果实内含物和氮磷钾相对含量结果显示:可溶性糖和蛋白质含量在油脂缓慢累积期呈下降趋势,与油脂含量成不显著负相关,而淀粉含量逐渐增加,与油脂累积量成不显著正相关;在油脂累积快速期,可溶性糖和蛋白含量变化与油脂累积成正相关,淀粉含量的变化不明显;油脂累积稳定期,淀粉和可溶性糖含量下降,蛋白质含量急剧上升,但与油脂含量变化无明显相关性。在果实油脂累积过程中,果实中氮含量的变化接近“W”,在油脂快速累积期,油脂累积量与其含量成不显著负相关,其它时期两者无明显相关性;而磷、钾元素含量在整个果实油脂累积过程中呈先升后降的趋势,在90 DAF油脂累积快速期其含量达到最大,在油脂累积缓慢期与油脂含量成正相关,油脂快速累积期呈不显著负相关,油脂累积稳定期相关性不明显。4、4个不同发育时期白檀果实转录组测序产生了 27 827 593个高质量clean reads,所有的clean reads组装成182 904条非冗长Unigene,平均长度为592.91bp,N50长度为785 bp。注释到公共数据库的Unigene共有67 379个,占所有Unigene的比例为36.84%。其中注释到NR、GO、COGs和KEGG数据库的Unigene分别有67 202、25 893、26 831和31 407条。基于公共蛋白质数据库BLAST比对和KEGG Pathway功能基团注释。注释到脂类代谢途径的Unigene有1 776条,糖类代谢途径有3 493条。确定了脂肪酸生物合成、TAG组装、糖酵解、淀粉合成代谢、糖异生和三羧酸循环等代谢通路中关键酶的Unigene序列和注释信息,系统阐述了白檀果实油脂生物合成过程。5、利用DESeq技术将果实转录组分析产生的Unigene进行差异基因筛选,共发现13 939个差异表达基因。分别在油脂累积缓慢期(10～80 DAF)、油脂累积快速期(80～140 DAF)和油脂累积稳定期(140～170 DAF)发现4816、1247和3 120条差异基因上调,5 869、7 731和3 032条差异基因下调。差异基因通过KEGG代谢途径注释,确定了油脂生物合成通路中的相关酶的动态调控模式,结合果实生理代谢动态变化综合分析,初步挖掘出白檀油脂生物合成关键基因:KASⅡ、DGAT1、GPAT9、PFK-1、PK和PDH等酶作为油脂含量提高候选基因;调控FATA、FATB、SAD和FAD2基因表达可以改良脂肪酸组分。最后荧光定量PCR分析进一步验证了白檀果实转录组测序结果的可靠性。本研究将极大丰富公共基因数据库,为今后更加系统深入地研究白檀果实发育调控基因改良提高果实油产量和改善油脂品质提供理论基础,以及为其他木本油料油料资源植物高效开发利用提供参考依据。
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【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S793.9

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