AP2转录因子属于AP2/ERF超家族,参与调节植物生长发育的各种生物学过程,以及对生物和非生物胁迫的响应.然而,关于紫苏(Perilla frutescens)AP2转录因子家族的研究未见报道.在本研究中,从紫苏基因组中鉴定到18个AP2家族成员,使用生物信息学方法分析了基因结构、保守基序和顺式作用元件.WRINKLED 1(WRI1)是许多植物物种中脂质生物合成的关键调节因子,在油脂合成过程中发挥重要调控作用.通过序列比对发现其中1个成员与AtWRI1序列高度同源,含有2个保守的AP2结构域,命名为PfWRI1.结合转录物组数据分析了 PfAP2家族基因在紫苏不同组织和种子发育不同阶段的表达水平,结果表明,PfWRI1仅在紫苏种子中高表达,暗示Pf-WRI1 可能与种子的发育过程有关.进而构建植物过表达载体pCAMBIA1303-PfWRI1,通过农杆菌侵染技术转化野生型(Col)以及突变体(wri1-1)拟南芥,分别获得过表达和回补株系.结果表明,相比于Col,PfWRI1的表达导致拟南芥种子含油率提高了 8.90％～13.57％,并促进转基因拟南芥种子中油酸(C18:1)和亚油酸(18:2)的积累,减少棕榈酸(C16:0)、花生酸(C20:0)和花生一烯酸(C20:1)的积累.此外,外源PfWRI1基因的表达增加了糖酵解和脂肪酸生物合成相关基因At-PKP-α、AtPKP-β1、AtBCCP2、AtSUS2和AtLIP1的表达.综上所述,PfWRI1可能通过与上述基因互作,增加不饱和脂肪酸含量来促进油脂积累.

为研究不同文冠果品种种子的休眠与萌发机理,该文选择4个文冠果品种['普通'(PT)、'奇红'(QH)、'沃丰'(WF)、'沃石'(WS)]种子作为研究材料,分别在-20℃下进行不同时间段(30、60、90、120、150 d)的储藏处理,测定各阶段文冠果种子的发芽指标,并对储藏前、储藏后、萌发7 d间的种子内含物、激素水平进行研究.结果表明:(1)-20℃储藏能显著提高小粒种子(PT、QH)的发芽质量,处理60 d的效果最好,其发芽率分别达48.3％、58.3％,但大粒种子WF、WS品种的效果低于前两者.(2)-20 ℃储藏60 d及种子湿沙萌发7 d内,4个品种油脂含量、种壳厚度均出现显著下降,在3～7 d下降幅度大(WS除外);而种仁含水量在萌发1～3 d内快速增加,之后缓慢增加到第7天的峰值,种仁可溶性糖等指标都在发芽3～4 d时显著积累.(3)低温冷藏可提高文冠果小粒品种种子的GA/ABA和tHor/ABA的比值,进而促进油脂降解、种壳变薄,从而解除种子的休眠.总之,文冠果种子大、种壳厚、硬度大、生理后熟是导致其休眠的主要原因,属综合休眠类型;低温冷藏可破除种子休眠,提高其种子的发芽率,小粒品种效果好于大粒品种;大粒品种如'沃石'可通过延长低温冷藏时间(150d)提高种子发芽率(38.7％);低温冷藏+湿沙萌发是一种快速和简便的促进文冠果种子萌发的方法.该研究结果为文冠果优良品种的推广和种子解休眠机制的研究提供了技术支持和理论基础.

[目的]脂肪酸转运蛋白(FAX)可介导植物细胞内脂肪酸从质体向外运输,在植物生长发育及响应非生物胁迫等方面发挥重要作用.研究陆地棉FAX家族基因及功能分析,为明确陆地棉油脂积累的分子机制和油脂代谢工程提供新思路.[方法]从全基因组水平对GhFAX基因家族进行鉴定,并对GhFAX1 蛋白进行亚细胞定位,通过酵母与烟草遗传转化对GhFAX1进行功能验证.[结果]在陆地棉基因组中共鉴定到 12 个GhFAXs基因,家族各成员间具有相似的基因结构及蛋白理化性质.序列比对分析发现,GhFAX蛋白仅有少数氨基酸在进化中高度保守,暗示其对功能的重要性;进化树分析表明,GhFAXs基因与亚洲棉、雷蒙德氏棉的亲缘关系较近.转录组数据表明,GhFAXs可能参与陆地棉响应逆境胁迫的调控过程.通过实时荧光定量PCR发现,GhFAX4 在花中表达较高,说明其参与花粉发育过程;GhFAX9 在茎中表达较高,GhFAX1 在陆地棉各个组织表达量均较高.选择GhFAX1进行亚细胞定位分析,证实GhFAX1定位在质体中.构建GhFAX1载体,使GhFAX1在酿酒酵母中过表达,结果显示,GhFAX1 过表达酵母总脂提高了 3.53%.底物偏好性试验显示,GhFAX1 对C16:0 具有选择性.通过烟草遗传转化,培育GhFAX1过表达烟草.结果显示,过表达烟草叶绿素提升了 13.24%,荧光参数NPQ提高 14.17%,Fm提高 34.94%,F0 降低 35.28%;叶片总脂肪酸提高了 5.2%,种子总脂肪酸提高了 6.52%;种子的千粒重增加了近 19.1%;同时蛋白含量显著下降.[结论]GhFAXs提高了酵母与烟草的含油量,参与质体中棕榈酸的转出,使蛋白合成途径上的碳源流向油脂合成途径.

以丝状产油微藻段殖黄线藻(Xanthonema hormidioides)作为实验材料,经过低温(5℃)预处理后的藻种与常温(25℃)条件下的藻种进行对比实验,研究段殖黄线藻在不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和高、低氮浓度(18和3 mmol/L)条件下的生长和油脂积累及低温(5℃)对这两种状态下的藻种光合活性和抗氧化酶系统的影响.结果显示:低温预处理后的段殖黄线藻在各温度下积累的生物量要高于常温条件下的段殖黄线藻,在15℃时可达到最高生物量为10.1 g/L,20℃条件下可获得最高油脂和脂肪酸绝对含量,分别占干重的64.20％和49.05％(3 mmol/L),蛋白质含量在15℃时达到最高为43.5％(18 mmol/L),总碳水化合物则基本维持在10％-25％.5℃下段殖黄线藻对光的利用率(a)及最大电子传递速率(ETRmax)均受到明显抑制,低温预处理后的段殖黄线藻叶绿素a含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均在第9天后超过常温实验组,最高分别可达9.98 mg/g、2.99和0.75(3 mmol/L).与常温实验组相反,低温预处理后段殖黄线藻在5℃下ETRmax和对强光的耐受能力(IK)均有所升高.此外,低温预处理后段殖黄线藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的最大活性可达65.6和0.56 U/mg protein,均显著高于常温段殖黄线藻(P＜0.05).综上,低温预处理后的段殖黄线藻生长和代谢产物的积累更具优势,并且在低温适应性、光合效率及抗氧化应激方面的能力也得到显著提升.

为研究盐度和pH对淡水硅藻生长和油脂含量的影响,对一株分离自野外采集水样中的平凡舟形藻(Navicula trivialis)进行研究,通过设置不同盐度0、0.03、0.06、0.12、0.18和0.24 mol/L和不同pH 4.5、6.0、7.5、8.5、9.5和10.5进行胁迫,测定各处理对平凡舟形藻的生长、叶绿素a含量、叶绿素荧光参数和油脂含量的影响.结果表明:盐浓度为0.12 mol/L、pH 7.5时,平凡舟形藻细胞密度和叶绿素a含量最高;盐浓度为0.24 mol/L、pH 7.5时,总脂含量最高,分别为34.93％和33.5％.结果表明,平凡舟形藻对不同盐度和pH的适应性不同,这在一定程度上影响其生长和油脂含量.

为探讨核桃SnRK1 蛋白激酶对种子油脂合成与积累的调控机理,本研究以'香玲'核桃种仁cDNA为模板,克隆分离得到SnRK1 蛋白激酶α亚基的一个编码基因JrSnRK1α1.1,其CDS序列全长为 1 539 bp,编码 512 个氨基酸.构建植物超表达重组载体PBI121-JrSnRK1α1.1,转化并获得了超表达核桃JrSnRK1α1.1基因的拟南芥株系J-1、J-2 和J-3.与野生型拟南芥相比,转基因植株表型无明显差异.采用数码显微镜对转基因拟南芥株系种子进行观察,结果显示,相对于野生型,转基因拟南芥株系的种子瘪小、表皮皱缩;株系J-1、J-2 和J-3 瘪小种子占比分别为 43.69%、60.80%和 45.87%,显著高于野生型WT(8.43%);种子的千粒重比野生型降低了 27.95%-29.32%,差异显著;种子平均粒长和粒宽也显著变小;因此JrSnRK1α1.1 可能参与了种子的发育进程.进一步对种子的粗脂肪含量进行测定,结果表明,与野生型相比,转基因拟南芥株系J-1、J-2 和J-3 的种子粗脂肪含量显著下降,分别比野生型下降 9.66%、23.86%和 17.61%.荧光双分子试验结果表明,核桃JrSnRK1α1.1 与油脂合成关键转录因子JrWRI1 互作.综上所述,超表达核桃JrSnRK1α1.1 对拟南芥植株生长发育影响不明显,显著影响了拟南芥种子的发育,负调控种子油脂的合成与积累过程.

以生长快、可除污的埃氏小球藻株系SXND-25为试材,研究不同氮浓度培养条件对其生物量和油脂产量的影响,以期建立优化培养体系利用该株小球藻生产优质生物燃油.以硝酸钠为氮源、BG11培养基中的氮浓度为基准(1.5 g/L),设置氮浓度梯度对小球藻进行培养.通过光密度测定、尼罗红染色、转酯化法抽提油脂和GC分析,对小球藻生物量、油脂含量及脂肪酸组分进行分析.结果显示,培养8d时,在氮浓度为1.5 g/L时,生物量达到最大,干重为3.4 g/L,而油脂含量仅为28.24％,油脂产量为0.96 g/L;在氮浓度为0g/L时生物量最小,干重为0.49 g/L,而油脂含量最高,为44.57％,油脂产量为0.22 g/L;在氮浓度为0.75 g/L时,干重为3.2 g/L,油脂含量为40.36％,油脂产量最高为1.3 g/L,是标准氮浓度下油脂产量的1.4倍.0.75 g/L氮浓度下连续培养8d,藻油脂肪酸组成更适于制取优质生物柴油.综合生物量、油脂含量及脂肪酸组成等指标,确定0.75 g/L氮浓度为该埃氏小球藻株系规模化培养以生产优质生物燃油的优化参数.

为探讨油茶种子油脂的合成积累与源汇基因表达间的关系,以高油品系‘MY003'和低油品系‘MY008,的不同发育时期(6月2日、7月4日、8月5日、9月3日)种子为材料,利用氯仿甲醇法测定含油率,采用qRT PCR技术分析油脂合成源基因(GPD1)和汇基因(DGA T1和DGA T2)在高低油种子间的表达差异及其对油脂合成积累的影响,为进一步研究油茶种子油脂合成积累的分子机制提供理论依据.结果显示:(1)油茶种子含油率均处于逐渐上升趋势(0.16％～24.1％),并在7月4日以后开始迅速上升,且‘MY003’种子含油率一直高于‘MY008,.(2)在‘MY003’种子中GPD1、DGA T1和DGA T2基因表达量均明显高于‘MY008’,DGAT1和DGAT2在源基因GPD1高水平表达后仍出现表达高峰;源基因GPD1在种子发育初期高表达,促进了TAG前体G3P的高效合成,而汇基因DGAT1和DGAT2在种子发育后期高表达,则促进了TAG的高效积累,GPD1与DGAT1、DGAT2之间呈正相关关系.研究表明,油茶种子油脂的合成积累来源于源基因GPD1和汇基因DGAT1与DGAT2的协同高表达.

本研究通过在小球藻培养液中添加不同浓度的吲哚美辛(0 mg/L,50 mg/L,75 mg/L,100mg/L,1 12.5 mg/L,125 mg/L,150 mg/L)来研究其对小球藻生长及代谢的影响,并探索其影响机制.研究表明:吲哚美辛对小球藻生长和代谢的影响与其浓度有关,低浓度吲哚美辛(≤75 mg/L)可促进小球藻的生长,而高浓度(≥100 mg/L)则会抑制其生长,且在75 mg/L处理组中,吲哚美辛对小球藻生长的促进作用最明显,培养液pH值的变化最小,小球藻可溶性糖含量最高(3.12μg/106 cells).而在高浓度(150 mg/L)处理组中,吲哚美辛可显著促进小球藻细胞内叶绿素a和可溶性蛋白的积累,可分别达到0.38μg/106 cells和7.09 μg/106 cells,油脂含量也相对于对照组提高了60％.研究将为探索吲哚美辛调控小球藻生长及代谢的作用机制提供理论基础和技术资料,也将为小球藻的产业化培养及其代谢产物的调控提供思路.

沙棘(Hippophae rhamnoides)是荒漠化防治和水土保持的重要经济树种,其果实中含有丰富的生物活性成分.内源激素生长素(IAA)、赤霉素(GA4)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)在沙棘果实发育过程中起着重要的调控作用,但不同发育期内源激素的动态变化及其对果实生长发育的影响仍不清楚.以亲缘关系近且含油量差异明显的2个沙棘品系不同发育期果实为材料,利用液相色谱串联质谱法检测了4种内源激素含量的动态变化.结果表明,在果实发育过程中,80％-85％的含水量有利于内源激素浓度的相对稳定;果实含油量在不同发育期增速基本一致,2个品系含油量在中后期开始出现明显差异.IAA和JA含量在果实成熟过程中呈先高后低的趋势;ABA含量在果实发育中后期始终处于较高水平;而GA4含量一直处于较低水平.高ABA/GA4有利于果实油脂的合成与积累.研究结果为揭示不同内源激素对沙棘果实发育的调节作用提供了理论依据.