一种提高植物多不饱和脂肪酸产量的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高植物多不饱和脂肪酸产量的方法。发明专利技术人发现参与了FAD2正义链过表达引起基因沉默的遗传因子，基于该发现，本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种提高植物多不饱和脂肪酸产量的方法
本专利技术涉及参与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。
技术介绍
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(hexadecanoicacid，简写为16:0)、硬脂酸(octadecanoicacid，简写为18:0)、油酸(9-Octadecenoicacid,(9Z)-，cis-Δ9octadecenoicacid，顺式十八碳一烯[9]酸，简写为18:1)、亚油酸(9,12-Octadecadienoicacid,(9Z,12Z)-，cis,cis-Δ9,Δ12octadecadienoicacid,顺式-十八碳二烯[9,12]酸，简写为18:2)和亚麻酸(9,12,15-Octadecatrienoicacid,(9Z,12Z,15Z)-，Δ9,Δ12,Δ15octadecatrienoicacids,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(Fattyaciddesaturase2)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(Fattyaciddesaturase3)的作用下，在ω3位形成双键，生成α-亚麻酸(OhlroggeandBrowse,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％(Carteaetal.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(Carteaetal.,1998)。在专利技术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％(Wuetal.，2013)。
技术实现思路
SEQIDNO.8编码FAD2酶。专利技术人研究发现，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)。这些结果表明，过表达FAD2在植物的不同组织中都会引发转基因沉默，并且这种基因沉默发生的比例高、幅度大。进一步，专利技术人研究发现如下遗传因子参与了FAD2过表达引起的基因沉默，利用这些突变体，可以解除FAD2共抑制、提高多不饱和脂肪酸的含量：SEQIDNO.1所示序列编码RNA-DependentRNAPolymerase6(RDR6)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在全部株系中，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了RDR6参与FAD2转基因沉默；在rdr6中过表达FAD2，可以将亚油酸和亚麻酸的含量提高10％以上，超过之前所有相关研究的幅度(附图4)。进一步分析在rdr6突变体背景下过表达FAD2的株系，在多不饱和脂肪酸提高的株系中，FAD2总表达水平可以大幅度提高，幅度可以高达十倍以上(附图5)。SEQIDNO.2所示序列编码SUPPRESSOROFGENESILENCING3(SGS3)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在全部株系中，多不饱和脂肪酸大幅度积累，FAD2转基因沉默现象被解除(附图6)，确定了SGS3参与FAD2转基因沉默；可以利用sgs3突变体在FAD2过表达中提高多不饱和脂肪酸的含量。SEQIDNO.3所示序列编码DicerLike2(DCL2)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在部分株系中，多不饱和脂肪酸上升，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了DCL2参与FAD2转基因沉默(附图7)。SEQIDNO.4所示序列编码DicerLike4(DCL4)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在少部分株系中，多不饱和脂肪酸上升，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了DCL4参与FAD2转基因沉默(附图8)。SEQIDNO.3和SEQIDNO.4所示序列编码DCL2和DCL4蛋白，在该两种蛋白的双突变体中过表达AtFAD2，几乎在所有株系中，多不饱和脂肪酸明显增加，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了DCL2和DCL4在参与FAD2转基因沉默中功能部分重叠，同时敲除的双突变体，可以非常有效的解除上述转基因沉默(附图9)；在dcl2dcl4双突变体背景下过表达FAD2，十八碳多不饱和脂肪酸与饱和单不饱和脂肪酸的比值最高可以提高约2倍。SEQIDNO.5所示序列编码MODIFIEROFSNC12(MOS2)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在全部株系中，多不饱和脂肪酸明显增加，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了MOS2参与FAD2转基因沉默(附图10)。SEQIDNO.6所示序列编码DicerLike1(DCL1)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在大部分株系中，多不饱和脂肪酸明显增加，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了DCL1参与FAD2转基因沉默(附图11)。在dcl1突变体背景下过表达FAD2，十八碳多不饱和脂肪酸含量最高可以从40％提高到60％。SEQIDNO.7所示序列编码ARGONAUTE1(AGO1)蛋白，在该蛋白的突变体中过表达AtFAD2，在大部分株系中，多不饱和脂肪酸明显增加，FAD2转基因沉默现象被解除，确定了AGO1参与FAD2转基因沉默(附图12)。在ago1突变体背景下过表达FAD2，十八碳多不饱和脂肪酸与饱和单不饱和脂肪酸的比值从对照的3最高可以提高5。SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解除FAD2转基因沉默的方法，其特征在于，敲除或沉默引起FAD2转基因沉默的遗传因子，所述遗传因子为编码有功能的SEQ ID NO.1、SEQ ID NO.2、SEQ ID NO.3、SEQ ID NO.4、SEQ ID NO.5、SEQ ID NO.6和SEQ ID NO.7所示任一蛋白的基因或同源基因；或者，所述遗传因子为编码有功能的SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4序列所示蛋白的基因或同源基因。

【技术特征摘要】
2018.06.04 CN 20181056380551.一种解除FAD2转基因沉默的方法，其特征在于，敲除或沉默引起FAD2转基因沉默的遗传因子，所述遗传因子为编码有功能的SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6和SEQIDNO.7所示任一蛋白的基因或同源基因；或者，所述遗传因子为编码有功能的SEQIDNO.3和SEQIDNO.4序列所示蛋白的基因或同源基因。2.一种FAD2基因的表达方法，其特征在于，方法包括在合适的遗传背景基因下表达FAD2基因，所述合适的遗传背景基因不包括编码有功能的SEQIDNO.1、SEQIDNO.2、SEQIDNO.3、SEQIDNO.4、SEQIDNO.5、SEQIDNO.6和SEQIDNO.7所示任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张猛，杜昶，陈阳阳，王凯，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61