叶绿体甘油醛-3-磷酸脱氢酶在拟南芥种子脂肪酸从头合成作用中的研究

摘要

叶绿体3-磷酸甘油醛脱氢酶是催化卡尔文循环促进CO2固定的关键酶，主要催化1，3-二磷酸甘油酸还原为3-磷酸甘油醛，而这个过程会特异性结合NADPH。叶绿体3-磷酸甘油醛脱氢酶由GAPA和GAPB两个亚基组成，而GAPA又分为GAPA1和GAPA2。植物体中脂肪酸从头合成发生在质体中，脂肪酸合成每增加两个碳到脂酰链上需要成比例的ATP、乙酰辅酶A、NADPH。光合型种子中由于光合色素的存在，认为能产生脂肪酸合成所需能量和NADPH，但这些实验都是从离体种子或者在遮光的条件下获得的结论，并没有提供遗传学上证据。因此，本研究拟通过利用拟南芥叶绿素合成酶突变体、以及对没有叶绿素合成的拟南芥种子进行表达芯片分析等策略来探索决定光合型拟南芥种子脂肪酸从头合成的还原力来源，并获得如下主要结果:
　　1、在没有叶绿素的情况下，拟南芥种子的粒重仍能达到野生型种子的90％，其产油量为野生型的85％，这说明光合型种子内光合作用所产生的还原力可能并不是脂肪酸从头合成途径中还原力的主要来源。
　　2、通过表达芯片分析发现，没有叶绿素的拟南芥种子中叶绿体3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)被上调表达，但它们在脂肪酸从头合成中是否发挥作用尚未可知。
　　3、通过分别构建了一系列GAPA、GAPB超表达和反义表达载体，通过遗传转化所获得的超表达转基因系的含油量一般下降2％-4％，反义转基因系的含油量一般上升2％-4％。这些结果说明GAPA、GAPB与脂肪酸从头合成的关系不大。
　　4、我们发现非光合型种子花生在发育过程中叶绿体GAPDH表达量很少，而胞质GAPDH(GAPC)表达量最高。GAPC主要调控糖酵解过程，是催化3-磷酸甘油醛转化为1，3-二磷酸甘油酸的磷酸化酶。糖酵解会产生大量的碳源代谢物、ATP和还原力，这些物质都是脂肪酸合成所需要的。由此推测GAPC有可能在脂肪酸合成中扮演重要角色。

目录

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 脂肪酸合成所需底物的来源

1．2 GAPDH家族概述

1．3 光合GAPDH研究进展

1．4 在金黄色葡萄球菌中GAPA和GAPB的研究进展

1．5 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 植物材料及培养条件

2．1．2 载体和菌种

2．1．3 主要试剂

2．2 实验方法

2．2．1 GAPDH序列获得与分析、进化树分析

2．2．2 gapa突变体的鉴定

2．2．3 GAPA1、GAPA2和GAPB表达载体的构建

2．2．4 转基因株系种子含油量及脂肪酸组分的测定

2．2．5 基因表达量检测及转录组

3 结果与分析

3．1 拟南芥种子发育过程中叶绿素对其脂肪酸合成的影响

3．2 拟南芥突变体叶绿素缺失种子的基因表达芯片分析

3．3 拟南芥中GAPDH家族进化树及蛋白质序列分析

3．4 GAPA1、GAPA2和GAPB基因克隆与载体构建

3．5 GAPA1、GAPA2和GAPB拟南芥超表达转基因系的含油量测定

3．6 GAPA1、GAPA2和GAPB拟南芥反义转基因系的含油量测定

3．7 在gapa突变体中GAPA2和GAPB拟南芥反义转基因系含油量测定

3．8 在非光合型花生种子中转录组分析

4 讨论

4．1 光合型种子拟南芥种子光合作用对脂肪酸合成的影响

4．2 叶绿体GAPDH在脂肪酸合成中可能性作用

4．3 GAPC对于油分的积累可能是一个重要途径

参考文献

致谢