谷子DGAT 基因家族分析及基于WGCNA 发掘甘油三酯合成与调控相关基因
2021-12-01郭宁馨张丽玲张雅坤葛星辰刘永琪任雪梅高建华韩渊怀
郭宁馨,张丽玲,张雅坤,葛星辰,刘永琪,任雪梅,高建华,韩渊怀*
(1. 山西农业大学 农学院,山西 太谷 030801;2. 山西农业大学 生命科学学院,山西 太谷 030801)
甘油三酯(Triacylglycerol,TAG)是植物主要的脂质储存形式[1],也是重要的能量供体[2]。目前在植物中发现了3 种合成TAG 的途径。第1 种为最主要的Kennedy 途径:首先,2 个脂酰CoA 在甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyl⁃transferase,GPAT)和溶血磷脂酸酰基转移酶(Ly⁃sophosphatidic acid acyltransferase,LPAT)的作用下转移到3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate,G3P)的sn-1、sn-2 位上形成磷脂酸(Phosphatidic acid,PA);再由磷脂酸磷酸酶(Phosphatidic acid phos⁃phatase,PAP)脱去磷脂酸sn-3 位的磷酸形成甘油二酯(Diacylglycerol,DAG);最后由二酰甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase,DGAT)催化将另一个脂酰CoA 转移至DAG 的sn-3 位形成TAG[3]。 第2 种为磷脂酰胆碱(Phosphatidylcho⁃line,PC)sn-2 位的脂酰基在磷脂:二酰基甘油酰基转 移 酶(Phospholipid: DAG acyltransferase,PDAT)的作用下被DAG 结合,从而合成TAG。第3 种为DAG 在DGAT 的作用下,利用另一个DAG 分子脱下的脂酰基形成TAG[4]。
DGAT 是植物中TAG 合成的唯一限速酶,对种子含油量、脂肪酸组成及种子重量具有重要作用[5,6]。DGAT基因家族可分为DGAT1、DGAT2、DGAT3 和WSD 四类。DGAT1 与酰基CoA:胆固醇酰基转移酶(Acyl CoA:cholesterol acyltransferase,ACAT)家族序列同源性较高[7],是拟南芥(Arabidopsis thaliana)中甘油三酯合成所必需的[5,8];DGAT2 可在TAG 中选择性积累更多的不饱和脂肪酸。过表达DGAT2,拟南芥中的油脂总含量升高[9];紫苏(Perilla frutescens)[10]和烟草(Nicotiana tabacum)中的不饱和脂肪酸含量升高,而饱和脂肪酸含量下降;另外,烟草中DGAT2 与转录因子ERF 共表达,促进碳源更多地流向油脂和脂肪酸的生物合成[11]。DGAT1 和DGAT2 是2种结构不同的膜结合酰基转移酶,其分布和底物特异性影响了TAG 的合成及脂肪酸组成[12]。WSD 是一种双功能酶,具有DGAT 功能,也在蜡酯的合成中发挥作用。DGAT3 最先由Saha 等人在花生(Arachis hypogae)中鉴定,在细胞质中发挥作用,与DGAT1 和DGAT2 基因相似度较低,与WSD 相似度为13%,但不具有蜡酯合成功能,故归类为DGAT3[7]。……