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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1038
-
1048
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1038
-
1048
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1042
GmDof4
基因转录因子转入拟南芥，能有效提高转
基因植株种子含油量并增加千粒重
(Wang et al.,
2006)
。
WRINKLED1
(
WRI1
)
基因直接调控糖酵解和
脂肪酸代谢过程，能提高脂肪酸合成相关基因的整
体表达水平，提高脂肪酸和油脂含量
(Baud et al,
2007)
。本实验室克隆了棉花
GhDof1
及
GhWRI1
基
因，并成功转化棉花、拟南芥与烟草，转基因后代
鉴定正在进行中。
4.3
棉籽油长链脂肪酸组分的遗传改良
植物油中稳定且对人体健康的脂肪酸形式为
硬脂酸
(C18:0)
与油酸
(C18:1)
。摄入油脂成分影响人
体血清胆固醇水平；饮食摄入不同类型的脂肪酸，
对血清中高密度脂蛋白
(high density lipoprotein,
HDL)
形式和低密度脂蛋白
(low density lipoprotein,
LDL)
形式胆固醇相对水平的影响截然不同
(
图
1)
。
植物的主要饱和脂肪酸中，肉豆蔻酸
(C14:0)
及棕榈
酸
(C16:0)
对人体存在不良影响，它们能够导致血清
低密度脂蛋白形式胆固醇水平的增加；而硬脂酸
(C18:0)
与其他饱和脂肪酸不同，它不会增加血清中
低密度脂蛋白形式胆固醇水平，至少不会增加人体心
血管疾病可能性。植物油中不饱和脂肪酸，包括单不
饱和油酸
(C18:1)
、多不饱和亚油酸
(C18:2)
及亚麻酸
(C18:3)
能够降低血清中低密度脂蛋白形式胆固醇水
平，从而降低人体心血管疾病发生的可能性。
此外，油脂在烹饪过程中
(
如油炸
)
常常伴随氢
化作用，即不饱和脂肪酸中碳链双键被打断成为单
价的过程。同时，如果多不饱和脂肪酸
(polyunsat-
urated fatty acids, PUFA)
氢化作用不完全，会出现大
量反式脂肪酸，反式脂肪酸对人体的危害与棕榈酸
一样
(Warner et al., 2001)
。
棉花脂肪酸重要营养组分硬脂酸
(C18: 0)
与油
酸
(C18: 1)
的含量，分别受硬脂酸酰基转运蛋白基因
(
ghSAD-1
)
和油酰卵磷脂基因
(
ghFAD2-1
)
表达量的
影响。
Liu
等
(2002)
设计上述两个基因的
ihpRNA
载
体，并利用种子特异表达启动子
(soybean lectin
promoter, Lec-P)
驱动其在棉花受体材料
Coker 315
中表达，转基因后代种子硬脂酸含量与油酸含量分别
从原来的占总脂肪酸含量的
2%~3%
增加到
40%
，从
15%
提高至
77%
。克隆棉花
FAD2-1
基因，构建该基因
ihpRNA
载体并转化棉花，获得的棉花优质材料中油
酸的含量高达
58.5%~68.9% (Liu
等
, 2005)
。赵立群等
(2011)
首次同时构建棉花
FAD2-1
基因
ihpRNA
和
amiRNA
干扰载体，启动棉籽油成分改良研究。
此外，棉籽油中游离棉酚含量必须降低到一定
水平才可以食用。利用棉花杜松烯合成酶
(δ-cadinene
synthase, CS)
基因的保守序列，设计该基因的
RNA
干涉载体，并由种子特异表达启动子
(α-globulin B
gene promoter)
驱动其表达，以棉花
Coker 312
为受体
材料进行转化，在转基因不同株系中检测到棉籽棉
酚含量明显降低，满足联合国粮食与农业组织
(food
and agriculture organization, FAO)
和世界卫生组织
(world health organization, WHO)
食用标准
(Ganesan
et al., 2006)
。
4.4
种子油份的超长链脂肪酸组分改良
利用转基因技术建立棉花自身并不存在的超
长链脂肪酸合成、运转及贮藏途径，可有效改良棉
籽油品质、大幅度提高棉籽附加值。超长链脂肪酸
(very long chain fatty acids, VLCFAs)
是生物体中碳
原子数目为
20
个及
20
个以上的脂肪酸，其中二十碳
五烯酸
(eicosapentaenoic acid, EPA, 20:5n-3)
与二十
二碳六烯酸
(docosahexaenoic acid, DHA, 22:6n-3)
已
被证实是最有利于人体健康的脂肪酸成分，目前仅
能从海鱼鱼油和海藻油份中获得。由于海鱼鱼油产
量低、还可能受到环境污染，而海藻发酵获得长链
多不饱和脂肪酸后期加工价格昂贵，因此，研究者
开始尝试在含油种子中获取
EPA
与
DHA
。主要技术
方案是，利用遗传转化在含油种子中构建合成超长
链多不饱和脂肪酸途径，并使代谢途径的多个基因
同时协调表达，即在油料植物中引入
EPA
与
DHA
合
成途径
(
图
2)
。将等边金藻的
C18Δ9
延伸酶、高山被
孢霉的
Δ5
去饱和酶和眼虫的
Δ8
去饱和酶基因转化
至拟南芥，检测到
3% EPA
含量，首次在高等植物中
实现超长链不饱和脂肪酸的异源合成
(Qi et al.,
2004)
。将真菌
Saprolegnia diclina
的
Δ6
去饱和酶、高
山被孢霉的
Δ5
去饱和酶和
Δ6
延伸酶、
Saprolegnia
diclina
的
Δ17(ω3)
去饱和酶和拟南芥的
Δ15(ω3)
去饱
和酶基因转化至大豆，检测发现种子中
EPA
含量最
高达
19.6% (Kinney
等
, 2004)
。之后，
Kinney
等
(2004)
将除
Δ15
去饱和酶后的上述四个基因加上盐生巴夫
藻的
Δ5
延伸酶和真菌
Schizochytrium aggregatum
的
△
4
去饱和酶编码基因转入大豆，在大豆中获得了
6.1%
的
EPA
和
3.1%
的
DHA
。