[发明专利]大豆Gm-SEIPIN2家族基因及其在提高植物种子含油量中的应用

说明书

本发明涉及一种大豆Gm‑SEIPIN2家族基因及其在提高植物种子含油量中的应用，属于基因工程技术领域。大豆Gm‑SEIPIN2家族基因包含Gm‑SEIPIN2A和Gm‑SEIPIN2B两个基因，本发明通过转化酵母突变体技术和转基因拟南芥技术，对Gm‑SEIPIN2家族的两个基因Gm‑SEIPIN2A和Gm‑SEIPIN2B进行了功能验证，通过气相色谱技术测定油分含量和脂肪酸比例发现，Gm‑SEIPIN2A和Gm‑SEIPIN2B两个基因均能不同程度的提高油分含量，酵母中的脂肪酸比例测定结果显示，上述两个基因均能提高油酸含量。拟南芥油分测定结果显示，上述两个基因均能明显提高拟南芥种子的含油量，同时显著降低棕榈酸含量。本发明的Gm‑SEIPIN2家族的两个基因对提高植物种子含油量和提高油酸含量，特别是培育高油和高油酸大豆品种具有重要意义。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，尤其涉及大豆Gm-SEIPIN2家族基因及其应用。

背景技术

大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)在世界范围内广泛种植，是一种重要的豆类作物，为人类和家畜提供饮食蛋白和油脂。在2017年大豆产量占油料种子产量的59％，占了蔬菜油消费的29％，是世界上最重要的油料作物。大豆油主要含有五种脂肪酸，依次为棕榈酸(16:0,PA)、硬脂酸(18:0,ST)、油酸(18:0,ST)、亚油酸(18:1,OL)、亚麻酸(18:3,LN)。其中OL,LI,and LN为不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸可以预防心脑血管疾病和一些癌症。但是多不饱和脂肪酸很不稳定容易被氧化，在加工的过程中容易氢化产生反式脂肪酸。反式脂肪酸能引起冠心病和动脉硬化等疾病。增加油酸的比例可以减少因氢化过程而产生的反式脂肪酸。因此在增加油分的同时提高油酸比例是大豆油分育种的重要目标。

油滴(Lipid droplets，LD)常期以来被认为是沉积在细胞质内含物，近些年来被认为是广泛分布在细胞中的一种复杂的动态细胞器。但是在不同类型细胞中LD的大小差异很大，范围是从1-100μm。它在不同类型的细胞中也有不同的名称，近几年来，科学家逐渐认同使用油滴来描述这一细胞器。LD表面由两亲性的单层磷脂、糖脂和甾醇等等组成，中间含有中性脂质如三酰甘油、二酰甘油、固醇酯和视黄酯等。油滴是储存脂肪的重要场所，通过对脂肪的储存，油滴可以防止细胞因积累过多的脂肪而导致脂中毒现象。此外油滴还参与膜运输、细胞信号转导和细胞蛋白代谢。它不仅与人类病原体的传染周期有关。还为多种反应提供了场所。关于油滴的形成途径有很多模型，至今没有足够多的证据去支持哪一种模型是足够正确的，现在科学家公认的是油滴是在内质网和外核膜合成的。LD的大小可以被一些脂质(如磷脂酰胆碱和磷脂酸)调控，一些关键的蛋白(例如Fsp27，SEIPIN，FITM2和perlipin 1)也能影响LD的大小。这些蛋白质可能通过直接或间接影响LD表面的磷脂的水平和组成来调节LD的大小。其中SEIPIN基因为研究热点基因，该基因最初在脂肪代谢障碍的病人中被鉴定出来，随后酵母、果蝇和小鼠的SEIPIN基因均被研究，研究发现它们均能调控油滴的大小，并能影响细胞中的脂肪含量。证明证明SEIPIN家族蛋白调控LD合成的功能在不同物种中是保守的。

SEIPIN基因定位在内质网上，在油滴合成中具有关键作用，SEIPIN蛋白与油滴结合，能够使油滴固定在内质网上，以此来影响油滴的萌芽。SEIPIN基因突变后，萌芽过程紊乱，将会形成超大型的LD。近年来，植物中的SEIPIN基因也能鉴定出来。研究发现，拟南芥中有三个SEIPIN基因，3个基因均能影响LD的合成，过表达At-SEIPIN1能增加拟南芥种子的油分总含量，并能改变拟南芥油分的脂肪酸组成，RNAi的拟南芥种子显著变小，种子的千粒重也降低。在蓖麻中过表达At-SEIPIN1基因也能增加种子的含油量，并能增加Hydroxy Fatty的含量。最新的研究发现，拟南芥seipin2、seipin3和seipin三突变体的种子和花粉中出现了超大的油滴，它们的萌发速度显著降低。拟南芥SEIPIN家族基因的研究表明，植物SEIPIN基因同样具有调控LD大小和影响油分积累的功能。但是对重要油料作物(大豆、油菜、大豆)的SEIPIN家族，尚无任何功能研究。

发明内容