[發明專利]一種提高植物多不飽和脂肪酸產量的方法

有效

• 申請號: 201810650302.1
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108949807B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 張猛;杜昶;陳陽陽;王凱
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/53;A01H5/00;A01H6/20
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 史玫

本發明涉及一種提高植物多不飽和脂肪酸產量的方法。發明人發現參與了FAD2正義鏈過表達引起基因沉默的遺傳因子，基于該發現，本發明通過敲除或沉默植物中所發現的遺傳因子提高植物中的多不飽和脂肪酸。本發明在培育富含多不飽和脂肪酸植物和農作物中具有重要應用價值，尤其可用于培育生產高附加值油料作物。

技術領域

本發明涉及參與FAD2轉基因沉默的多個遺傳因子的鑒定和利用，尤其涉及植物中多不飽和脂肪酸的提高方法。

背景技術

油脂是植物重要的貯藏物質之一，其主要成分是三酰甘油。甘油骨架上的脂肪酰，由于碳鏈長短以及不飽和鍵位置的差異而具有不同的理化特性。一般簡單地用碳原子數:雙鍵數(X:Y)表示脂肪酸碳鏈長度和不飽和鍵多少，如最常見的脂肪酸有棕櫚酸(hexadecanoic acid，簡寫為16:0)、硬脂酸(octadecanoic acid，簡寫為18:0)、油酸(9-Octadecenoic acid,(9Z)-，cis-Δ9octadecenoic acid，順式十八碳一烯[9]酸，簡寫為18:1)、亞油酸(9,12-Octadecadienoic acid,(9Z,12Z)-，cis,cis-Δ⁹,Δ¹²octadecadienoic acid,順式-十八碳二烯[9,12]酸，簡寫為18:2)和亞麻酸(9,12,15-Octadecatrienoic acid,(9Z,12Z,15Z)-，Δ⁹,Δ¹²,Δ¹⁵octadecatrienoic acids,順式十八碳三烯[9,12,15]酸，簡寫為18:3)等種類。

多不飽和脂肪酸是維持細胞膜系統流動性的關鍵組分。由于人和其它哺乳動物中不能合成多不飽和脂肪酸，必須從食物中攝取。因此，多不飽和脂肪酸對人類和家畜也被為必須脂肪酸，攝取富含多飽和脂肪酸的食物，對于人類和家畜有著極其重要的意義。在植物油脂貯藏器官中，多不飽和脂肪酸主要是通過真核途徑完成。在油脂積累過程中，FAD2(Fatty acid desaturase 2)主要催化卵磷脂(phosphatidylchline)上的油酸酰基形成亞油酸酰基。亞油酸又會在FAD3(Fatty acid desaturase 3)的作用下，在ω3位形成雙鍵，生成α-亞麻酸(Ohlrogge and Browse,1995)。自擬南芥FAD2和FAD3的功能被鑒定以來，在很多植物上也開展了對它們的研究，包括基因功能的鑒定和通過基因工程改良種子脂肪酸成分。過表達BnFAD3能夠成功地促使植物在種子發育過程中生成更多的亞麻酸。在種子特異啟動子驅動下，在擬南芥中的過表達系BnFAD3能將亞麻酸含量從19.7％提高到28.3-35.3％(Cartea et al.1998)；由于亞油酸是亞麻酸形成的底物，只有通過提高亞油酸才可能進一步提高亞麻酸的含量。然而，過表達AtFAD2卻不能有效地提高植物種子中亞油酸的含量。在上述表達BnFAD3的研究中，也采用相同的啟動子過表達AtFAD2，在41個轉基因株系中，僅4個T2種子亞油酸含量有比較明顯的提高，提高幅度不到4％。約半數過表達株系的表型與反義鏈株系相似，表現出亞油酸降低和油酸增加，油酸最高積累到野生型的1.8倍(Cartea et al.,1998)。在發明人搜集到的所有文獻中，提高幅度最大的是在擬南芥種子特異表達麻風樹JcFAD2，轉基因系中亞油酸含量從野生型的31.6％僅提高到34.7-36.3％(Wu et al.，2013)。

發明內容

SEQ ID NO.8編碼FAD2酶。發明人研究發現，過表達AtFAD2不但很難提高亞油酸的含量，在絕大部分轉基因株系中常常會造成FAD2產物亞油酸的降低和其底物油酸的積累。極端株系中，脂肪酸表型類似FAD2基因的突變體。在極少數株系中，亞油酸也只有很小幅度的提高(圖1)。

進一步研究發現，過表達AtFAD2編碼區的正義鏈，在大部分株系中引起內源和外源轉入FAD2的基因沉默(下文簡稱FAD2轉基因沉默)，FAD2總表達水平與其產物多不飽和脂肪酸與底物油酸的比值密切相關(附圖2)。在組成型表達AtFAD2的根部中，也發現了FAD2轉基因沉默(附圖3)。