科学家揭示大豆中油脂积累调控新机制

摘要: 　　大豆作为重要的油料作物，是植物油的主要来源。种子中的油脂含量在驯化中受到人工选择而不断提高，成为大豆的重要农艺性状。目前大豆油脂代谢的生化途径已比较清楚，但其调控机理尚不明确。　　中国科学院遗传与 ...

　　大豆作为重要的油料作物，是植物油的主要来源。种子中的油脂含量在驯化中受到人工选择而不断提高，成为大豆的重要农艺性状。目前大豆油脂代谢的生化途径已比较清楚，但其调控机理尚不明确。
　　中国科学院遗传与发育生物学学习所张劲松学习组和陈受宜学习组通过分析大豆种子发育不同阶段和根、茎、叶等转录组数据中的表达差异基因，以及栽培大豆特异的调控籽粒油分的基因共表达网络，鉴定出油脂快速合成时期的种子偏好表达转录因子基因GmZF351。通过比较在栽培大豆和野生大豆中的表达量和群体遗传分析，发现GmZF351在驯化中受到人工选择。
　　进一步功能分析表明，GmZF351编码串联CCCH锌指蛋白，蛋白定位于细胞核并具有转录激活活性。过表达GmZF351显著提高了转基因拟南芥种子油脂含量。ChIP-Seq和ChIP-qPCR、qRT-PCR和烟草瞬时转化分析发现，GmZF351可直接激活油脂合成和贮存基因BCCP2、KASIII、TAG1和OLEO2。GmZF351还结合WRI1的启动子正调控其表达，并通过WRI1下游基因Pkpα和Pkpβ1进一步提高转基因拟南芥的质体丙酮酸激酶活性，为脂肪酸合成提供更多乙酰-CoA，从而促进油脂在种子中的积累。在大豆中过表达GmZF351同样增强了转基因大豆种子中的油脂积累，qRT-PCR和烟草瞬时转化分析发现，GmZF351能够诱导WRI1同源基因Glyma15g34770和Glyma08g24420、BCCP2同源基因Glyma19g03530、KASIII同源基因Glyma15g00550、TAG1同源基因Glyma13g16560和Glyma17g06120以及OLEO2同源基因Glyma19g13060和Glyma16g07800的表达。对ZF351进行单倍体型和进化树分析发现，GmZF351单倍体型来自于野生大豆III型，并与高基因表达量、启动子活性和油脂含量相关联。
　　此项学习揭示了大豆中新的油脂积累调控机制，并为驯化过程中油脂含量的增加提供了理论支持。GmZF351具备很大的应用潜力，可用于现有大豆品种油脂性状的改良，对提高大豆品质和价值具有重要意义。
　　相关学习成果于2月9日在Plant Physiology杂志在线发表（DOI:10.1104/pp.16.01610），博士李擎天为该论文的第一作者。该学习得到了中科院先导专项等的资助。