甘蓝型油菜BnLEC1基因表达与含油量的相关性研究
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摘要 为了解BnLEC1基因在油菜中的表达规律，找出其与油菜含油量的密切关系，试验设置不同肥力、密度条件，在不同时期不同组织中提取RNA，利用荧光定量PCR方法检测BnLEC1基因的表达水平，测定成熟期种子含油量。结果表明BnLEC1基因表达量与含油量显著相关；密度对BnLEC1基因表达量的影响不显著；肥料对BnLEC1基因的表达量有较大影响，且BnLEC1基因在甘蓝型油菜生长过程中表达量呈显著上升趋势。
中图分类号 S565.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）13-0021-02
油菜BnLEC1基因的表达量与种子含油量紧密相关。Lotan[1]等在过量表达LEC1的幼苗体内发现了油体蛋白、贮藏蛋白等种子特异RNA的积累。Kagaya等[2]研究发现过量表达LEC1能在异位胚胎发生开始前诱导种子贮藏蛋白（SSP，seed storage protein）基因的表达，从而排除了胚胎发生诱导的可能。同时LEC1对SSP的调控作用依赖于FUS3和ABI3，这表明LEC1以多级方式控制SSP的表达。Mu等[3]的研究表明，拟南芥LEC1基因的过表达导致脂肪酸合成基因表达量整体水平的增加，而这些基因参与缩合、碳链延伸、去饱和化等脂肪酸合成中的关键反应，在LEC1过表达的转基因植株中，超过58%已知的参与质体脂肪酸合成途径的酶基因表现出正调控，包括编码乙酰辅酶A羧化酶（控制脂肪酸合成的关键酶）3种亚基的基因。参与糖酵解和脂质积累的基因也出现上调。同时，转基因植株中，主要脂肪酸的种类和脂质的水平大幅度增加，另外，在拟南芥中过表达的2个油菜LEC1-like基因，也出现相似的结果。LEC1基因不仅是拟南芥胚形成的重要调控因子，也是控制种子成熟的重要调控因子[4]。本试验旨在研究BnLEC1基因在油菜中的表达规律及其对油菜含油量的调控。
1 材料与方法
2 结果与分析
2.1 肥力、密度条件对试验结果影响分析
通过对3个时期不同肥力、密度条件下的BnLEC1基因的表达量作双因素方差分析得出：苗期BnLEC1基因的表达量很少，肥力、密度条件对其表达量的影响不明显；花期到角果期BnLEC1基因的表达量明显增加，肥力、密度条件对BnLEC1基因的表达量的影响显著。由表2分析F值，可得肥料因素对BnLEC1基因的表达量在花期达到显著，在角果期达到了极显著；但密度因素对BnLEC1基因的表达量在花期和角果期都不显著。前人在探讨肥密条件对甘蓝型油菜的含油量的影响时结果是菜籽油分含量受施肥量的影响较大，受种植密度的影响较小[10]，这和本处结论吻合。
2.2 BnLEC1基因的表达量与含油量的相关性分析
对含油量和BnLEC1基因苗期、花期、角果期的相对表达量做相关性分析：相同肥力水平下，含油量与不同时期BnLEC1基因的相对表达量的相关性不显著；相同密度水平下（M1和M2），含油量与不同时期BnLEC1基因的相对表达量相关性显著（表3和表4），在一定程度上含油量可以通过花期和苗期BnLEC1基因表达量来预测。
但是，上述结果与M3、M4、M5时试验结果不一致，随着施肥量的增加，含油量与BnLEC1基因的表达量相关性不显著。原因是油菜含油量随着种植密度的提高含油量逐渐上升但不显著[11]。
2.3 BnLEC1基因的表达量在各个时期的规律
苗期、花期、角果期随着油菜的生长BnLEC1基因的表达量显著增长，花期是苗期的几倍，角果期是花期的几十至几百倍，但前面的试验结果表明到了角果期BnLEC1基因的表达量和含油量的相关性不显著，可能在角果期影响油脂代谢的途径较多，虽然BnLEC1基因的表达量增加但其他的合成途径影响了含油量的大小，使得此时期两者的相关关系不明显。
3 结论与讨论
试验结果表明，肥力、密度条件对含油量和BnLEC1基因的表达量的影响相同，也从侧面说明了含油量和BnLEC1基因的表达量存在一定的正相关关系。研究结果表明，BnLEC1基因的表达量与含油量密切相关，且在苗期到花期两者相关性显著，尤其是在花期，BnLEC1基因的相对表达量与含油量达到了极显著水平，说明在花期可以通过分子手段达到预测含油量。但需要通过大量的材料进行试验加以验证。栽培措施可以调控BnLEC1基因的表达量从而改变含油量，且在油菜生产中相较于密度，肥料对含油量的影响较大，应该更加注重对肥水的管理。由于肥密条件调控较复杂，易受外界环境的影响。而选择不同含油量的品种来研究含油量与BnLEC1基因表达量的相关关系更直接有效。研究结果表明：花期BnLEC1基因相对表达量与含油量的相关性达到极显著（相关系数0.999），苗期与果期该基因相对表达量与含油量相关系数分别为-0.246、0.169。可以肯定BnLEC1基因是油脂代谢的一个重要基因。现阶段分子标记辅助选择技术在高油育种上也有了很大的突破。主观点认为含油量由1对加性―显性主基因和加性―显性―上位性多基因控制，主基因遗传率为38.37%～47.16%，多基因遗传率为24.29%～38.28%，共获得5个与含油量相关的QTL[12-13]。研究人员和育种家们花费了大量的精力鉴定参与油菜油脂形成的关键基因，但是基因与环境存在互作，使鉴定过程非常复杂，至今尚无通过改变单个基因大幅提高含油量的报导。但可以向多方面探究分子辅助育种技术的作用，像本试验的方向一样，找到一个与含油量密切相关的基因或酶的表达量来预测含油量的大小。另外还可以通过蛋白质组学技术研究油菜含油量性状，例如梁丛敏等[14]研究不同含油量油菜种子油体蛋白差异表达，结果表明仅在高含油量品种种子油体蛋白质组中出现的蛋白点有3个；仅在低含油量油菜品种油体蛋白质组中出现的蛋白点有4个；在两者中均出现且表达量差异在2倍以上的蛋白点有16个；采用蛋白质组学技术对不同含油量油菜种子油体蛋白进行比较蛋白质组学研究，是有效研究油菜种子含油量性状的技术手段。
4 参考文献
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