[发明专利]一种提高植物多不饱和脂肪酸产量的方法

说明书

本发明涉及一种提高植物多不饱和脂肪酸产量的方法。发明人发现参与了FAD2正义链过表达引起基因沉默的遗传因子，基于该发现，本发明通过敲除或沉默植物中所发现的遗传因子提高植物中的多不饱和脂肪酸。本发明在培育富含多不饱和脂肪酸植物和农作物中具有重要应用价值，尤其可用于培育生产高附加值油料作物。

技术领域

本发明涉及参与FAD2转基因沉默的多个遗传因子的鉴定和利用，尤其涉及植物中多不饱和脂肪酸的提高方法。

背景技术

油脂是植物重要的贮藏物质之一，其主要成分是三酰甘油。甘油骨架上的脂肪酰，由于碳链长短以及不饱和键位置的差异而具有不同的理化特性。一般简单地用碳原子数:双键数(X:Y)表示脂肪酸碳链长度和不饱和键多少，如最常见的脂肪酸有棕榈酸(hexadecanoic acid，简写为16:0)、硬脂酸(octadecanoic acid，简写为18:0)、油酸(9-Octadecenoic acid,(9Z)-，cis-Δ9octadecenoic acid，顺式十八碳一烯[9]酸，简写为18:1)、亚油酸(9,12-Octadecadienoic acid,(9Z,12Z)-，cis,cis-Δ⁹,Δ¹²octadecadienoic acid,顺式-十八碳二烯[9,12]酸，简写为18:2)和亚麻酸(9,12,15-Octadecatrienoic acid,(9Z,12Z,15Z)-，Δ⁹,Δ¹²,Δ¹⁵octadecatrienoic acids,顺式十八碳三烯[9,12,15]酸，简写为18:3)等种类。

多不饱和脂肪酸是维持细胞膜系统流动性的关键组分。由于人和其它哺乳动物中不能合成多不饱和脂肪酸，必须从食物中摄取。因此，多不饱和脂肪酸对人类和家畜也被为必须脂肪酸，摄取富含多饱和脂肪酸的食物，对于人类和家畜有着极其重要的意义。在植物油脂贮藏器官中，多不饱和脂肪酸主要是通过真核途径完成。在油脂积累过程中，FAD2(Fatty acid desaturase 2)主要催化卵磷脂(phosphatidylchline)上的油酸酰基形成亚油酸酰基。亚油酸又会在FAD3(Fatty acid desaturase 3)的作用下，在ω3位形成双键，生成α-亚麻酸(Ohlrogge and Browse,1995)。自拟南芥FAD2和FAD3的功能被鉴定以来，在很多植物上也开展了对它们的研究，包括基因功能的鉴定和通过基因工程改良种子脂肪酸成分。过表达BnFAD3能够成功地促使植物在种子发育过程中生成更多的亚麻酸。在种子特异启动子驱动下，在拟南芥中的过表达系BnFAD3能将亚麻酸含量从19.7％提高到28.3-35.3％(Cartea et al.1998)；由于亚油酸是亚麻酸形成的底物，只有通过提高亚油酸才可能进一步提高亚麻酸的含量。然而，过表达AtFAD2却不能有效地提高植物种子中亚油酸的含量。在上述表达BnFAD3的研究中，也采用相同的启动子过表达AtFAD2，在41个转基因株系中，仅4个T2种子亚油酸含量有比较明显的提高，提高幅度不到4％。约半数过表达株系的表型与反义链株系相似，表现出亚油酸降低和油酸增加，油酸最高积累到野生型的1.8倍(Cartea et al.,1998)。在发明人搜集到的所有文献中，提高幅度最大的是在拟南芥种子特异表达麻风树JcFAD2，转基因系中亚油酸含量从野生型的31.6％仅提高到34.7-36.3％(Wu et al.，2013)。

发明内容

SEQ ID NO.8编码FAD2酶。发明人研究发现，过表达AtFAD2不但很难提高亚油酸的含量，在绝大部分转基因株系中常常会造成FAD2产物亚油酸的降低和其底物油酸的积累。极端株系中，脂肪酸表型类似FAD2基因的突变体。在极少数株系中，亚油酸也只有很小幅度的提高(图1)。

进一步研究发现，过表达AtFAD2编码区的正义链，在大部分株系中引起内源和外源转入FAD2的基因沉默(下文简称FAD2转基因沉默)，FAD2总表达水平与其产物多不饱和脂肪酸与底物油酸的比值密切相关(附图2)。在组成型表达AtFAD2的根部中，也发现了FAD2转基因沉默(附图3)。