棉籽中富集棕榈油酸的代谢工程研究

【作者】 刘宝玲； 孙岩； 薛金爱； 毛雪； 贾小云； 李润植；

【机构】 山西农业大学分子农业与生物能源研究所；

【摘要】 【研究背景】棕榈油酸（C16:1Δ⁹）是种ω-7单不饱和脂肪酸,具有重要的营养和医药保健价值,同时也是制备生物柴油的优异原材料,而这种高值脂肪酸在大豆、油菜、棉花等大田油料作物中含量极低。棉花是一种重要的油料作物,棉籽油中含有大量的棕榈酸（C16:0,～25%）,这是合成棕榈油酸的前体物质。如果能将棉籽中的棕榈酸转化为棕榈油酸,可极大提高棉籽油的应用价值。一般来讲,棕榈酸在植物油脂代谢中有两种去向:一是大部分被β-酮脂酰ACP合成酶（KASII）延伸为硬脂酸（C18:0）,二是少部分在酰基ACP-Δ⁹脱氢酶的作用下生成棕榈油酸。基于此,本研究通过抑制棉花内源KASII基因的表达,以阻止棕榈酸继续延伸为硬脂酸,同时超表达外源猫爪草对棕榈酸有特异选择性的MucACP-Δ⁹脱氢酶基因,使棉籽中的棕榈酸大量转化为棕榈油酸;【材料与方法】本研究以陆地棉品种中植棉21为材料,选用带有种子特异性表达盒的多元表达载体,同时干扰GhKASII基因并超表达MucACP-Δ⁹d基因,利用农杆菌介导法侵染棉花幼苗下胚轴,经过一系列诱导愈伤培养、组织分化、幼苗嫁接、草铵膦筛选和PCR分子检测等过程获得转基因棉花;【结果与分析】经检测,转基因棉籽中的棕榈油酸（C16:1Δ⁹）含量较野生型提高了14.19%,同时C18:1Δ¹¹（经棕榈油酸转化而来）含量也提高至4.98%,而野生型棉籽中几乎不含该类脂肪酸,表明在棉花中抑制GhKASII基因后,棕榈酸可在质体内大量积累,为MucACP-Δ⁹脱氢酶行使其功能提供充足的底物,使更多的棕榈酸转化为棕榈油酸,同时也刺激了质体内脂肪酸延伸酶的活性并催化形成C18:1Δ¹¹。此外,转基因棉籽内油酸（C18:1Δ⁹）和亚油酸(C18:2Δ^<sup>9,12)含量也分别下降了3.4%和13.1%。总体来讲,在棉籽中同步抑制GhKASII基因和过表达MucACP-Δ⁹脱氢酶基因,可将脂肪酸代谢流中的18碳不饱和脂肪酸（尤其是亚油酸）拉向16碳棕榈油酸方向。此外,转基因棉花种子的百粒重比野生对照组高约1.36%,在低温（17℃）条件下的发芽率明显强于野生型,而在27℃条件下无明显差异;【结论】本研究利用代谢工程的策略,使棉籽中棕榈油酸含量从不足1%增加到了14.62%,为棉花高值油脂的生产开辟了新的途径,所获得的富含棕榈油酸的转基因种质,可进一步应用于棉花品质改良、油脂代谢及其调控机制的研究。更多还原