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風箏果累積蓖麻油酸相關基因的鑒定

  蓖麻油酸的脂肪酸鏈上含有一個羥基官能團,是一種特殊脂肪酸,具有粘度高、酸度低、耐高溫、不易氧化、不易凝固等特點,在500~600℃高溫下不變質、不燃燒,零下18℃ 的低溫下不凝固等特殊性能。利用蓖麻油生成的化學衍生物已達3000多種,廣泛應用于國防、航空、航天、化工醫藥和機械制造等,是目前能替代石油生產化工原料最理想的綠色可再生“石油”。目前,蓖麻(Ricinus communis) 種子是蓖麻油酸的主要來源,由于其含有大量毒性極強的蓖麻毒蛋白和過敏蛋白,大大限制了蓖麻的大規模種植。多年來,多家研究機構針對蓖麻種子累積蓖麻油酸的分子機制開展研究,并試圖通過基因工程的方法培育能替代蓖麻生產蓖麻油酸的油料作物新品種,但仍存在難以逾越的瓶頸,未取得實質性的突破。通過廣泛發掘大量累積蓖麻油酸的新物種,將有利于開發新的植物資源和更深入的研究蓖麻油酸累積的分子機制。 

  風箏果(Hiptage benghalensis)為金虎尾科風箏果屬植物,為藤本或藤狀灌木,主要分布于熱帶亞洲,風箏果在我國分布范圍較廣,在云南、貴州、廣西、廣東、福建、海南和臺灣均有分布。風箏果因其為藤本植物,且花大而多,可作為庭院觀賞植物栽培,在印度和泰國為常用的藥用植物,用于治療疥瘡、風濕、哮喘等疾病。風箏果種子油含量約50%,種子油中蓖麻油酸的含量約80%,風箏果是一種潛在的蓖麻油酸資源植物,但關于風箏果種子累積蓖麻油酸分子機制的研究報道較少。  

  為了揭示風箏果種子累積蓖麻油酸的分子機制,版納植物園藥用植物栽培技術研究組田波博士等與加拿大阿爾伯塔大學合作者對風箏果種子發育過程中的轉錄組進行了比較分析。結合發育時期種子的三代全長轉錄組和5個種子不同發育時期的二代轉錄組數據,從差異表達基因中鑒定得到71個參與油脂代謝的重要基因以及246個轉錄因子和124個長片段非編碼RNA(lncRNA),通過共表達網絡分析,進一步鑒定獲得與關鍵油脂代謝基因高度相關的轉錄因子57個及lncRNAs35個,分別對重要的油脂代謝基因及轉錄因子和lncRNAs在風箏果種子蓖麻油酸累積中的作用進行了分析,構建了展示各基因表達模式的風箏果種子油脂代謝的網絡圖。本研究結果將為深入開展風箏果以及植物種子累積蓖麻油酸的分子機制的研究奠定基礎,將為風箏果新資源植物的開發利用提供理論依據。 

  該成果以Identification of genes associated with ricinoieic acid accumulation in hiptage benghalensis via transcriptome analysis為題發表于生物能源領域的權威期刊Biotechnology for Biofuels。此項研究得到了國家基金項目(31371661, 30900908),中科院生物多樣性與生物地理學重點實驗室(KLBB201305),Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Discovery Grant (Grant no. RGPIN-2016-05926) 和 Canada Research Chairs Program的資助。

推測的風箏果種子蓖麻油酸和TAG生物合成的基因網絡圖

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