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PBJ | 华中农业大学马朝芝/戴成团队揭示赤霉素调控甘蓝型油菜种子油含量的分子机制

作者:南京维百瑞生物科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-05-20 15:22:23

投稿人:王晨

甘蓝型油菜(Brassica napus)是世界第二大食用油来源,产油量约占全球食用油的16%,也是我国最重要的经济作物之一。种子油含量SOC)和脂肪酸(FA)组成决定油菜籽的质量和经济价值,B. napusSOC提升方面具有巨大潜力,其中的FA生物合成途径也已被鉴定,通过分子和遗传手段对该途径中的特定调控组分进行操纵可有效提高含油量。少量研究表明植物激素赤霉素(GA)在FA合成调控方面发挥双重功能,然而,目前对于GA调控油菜FA合成的内在机制尚不清楚。

2021年5月13日,Plant Biotechnology Journal在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室戴成副教授和马朝芝教授为共同通讯作者的题为“DELLA Proteins BnaA6.RGA and BnaC7.RGA negatively regulate fatty acid biosynthesis by interacting with BnaLEC1s in Brassica napus”的研究论文,该研究发现赤霉素信号负调控因子DELLA蛋白BnRGAs通过与甘蓝型油菜中的BnaLEC1s互作来负调控脂肪酸的生物合成,为油菜种子油含量的遗传改良提供了新见解。

已有研究表明,在B. napus种子发育的早期阶段,外源GA处理可增加FA含量。因此,推测GA信号抑制因子DELLA蛋白在B. napus产油量方面可能发挥重要作用。qRT-PCR分析显示,4个同源的DELLA蛋白编码基因BnaRGAs在高油量株系中的表达受到显著抑制,暗示这些BnaRGAs基因可能负调控SOC。

利用CRISPR/Cas9技术构建BnaRGAs的基因组编辑突变体进行功能鉴定发现,与野生型相比,BnaA6.RGA和BnaC7.RGA的功能获得性突变体bnaa6.rga-D和ds-3的SOC显著降低,且在种子发育期间,FA组分中的油酸含量明显降低,而亚油酸含量显示提高。与之相反,BnaRGAs功能缺失突变体,即bnarga四突,在种子早期发育过程中表现出较高的SOC,其中油酸含量增加,亚油酸含量降低(图1)。表明BnaRGAs负调控SOC,对其靶向突变可改变种子FA的组分。

图1. bnarga、bnaa6.rga-D和WT的种子大小、重量和含油量

DELLA蛋白一般通过与其他转录因子互作而发挥调控功能。为明确BnaRGAs蛋白在FA生物合成中的调控机制,通过酵母双杂筛选及互作验证发现,BnaA6.RGA和BnaC7.RGA能够与BnaLEC1s蛋白(BnaA7.LEC1和BnaC7.LEC1)互作。BnaLEC1s是调控FA生物合成的必需转录因子,因此BnaRGAs可能与BnaLEC1s形成蛋白复合物以调控FA的生物合成。经测定分析发现,bnarga bnalec1六突与bnalec1之间的FA组分并无显著差异,表明BnaLEC1在FA组分调控中是BnaRGAs的上位基因。

LEC1通过介导FA生物合成相关基因的表达来对SOC进行调控。本研究发现BnaABI3的表达水平在bnarga中提高而在bnaa6.rga-D中降低,表明BnaRGAs抑制BnaLEC1介导的BnaABI3表达。进一步利用LUC活性验证发现,BnaA6.RGA通过与BnaLEC1s形成蛋白复合物来抑制BnaLEC1s诱导的BnaABI3表达激活。而GA对SOC具有正调控作用,GA的积累可触发BnaRGAs降解以减轻其对BnaLEC1s的抑制,从而促进下游基因的转录,进而促进种子油的生物合成。

图2. BnaRGAs调控SOC和FA组分的工作机制模型

综上所述,GA通过GA-BnaRGA-BnaLEC1信号级联在甘蓝型油菜特定发育阶段调控种子油的生物合成,为植物激素调控种子FA合成的机制提供了新证据,同时也说明BnaRGAs可作为改善油料作物的理想候选靶标。该项研究得到了华中农业大学自主科技创新基金和国家自然科学基金(戴成主持)的资助与支持。


文献链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13628


PBJ | 华中农业大学马朝芝/戴成团队揭示赤霉素调控甘蓝型油菜种子油含量的分子机制
甘蓝型油菜(Brassica napus)是世界第二大食用油来源,产油量约占全球食用油的16%,也是我国最重要的经济作物之一。种子油含量(SOC)和脂肪酸(FA)组成决定油菜籽的质量和经济价值,B. napus在SOC提升方面具有巨大潜力,其中的FA生物合成途径也已被鉴定,通过分子和遗传手段对该途径中的特定调控组分进行操纵可有效提高含油量。
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