基于藜麥轉(zhuǎn)錄組的脂肪酸生物合成途徑解析

時(shí)小東 孫夢(mèng)涵 吳琪 鄔曉勇 趙鋼

摘?要：藜麥營(yíng)養(yǎng)豐富，油脂含量高，脂肪酸組成理想，是油脂提取物的潛在資源。植物油脂主要以三酰甘油的形式儲(chǔ)存在作物種子和果實(shí)等器官中，其合成受到環(huán)境和基因水平的調(diào)控，涉及質(zhì)體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和油體等多個(gè)細(xì)胞器。該文基于藜麥轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)藜麥油脂合成相關(guān)的脂肪酸生物合成途徑基因進(jìn)行挖掘，并對(duì)基因表達(dá)模式進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在藜麥中，與脂肪酸生物合成相關(guān)的基因序列共87條，涉及乙酰CoA羧化酶和β-酮脂酰ACP合成酶等關(guān)鍵酶，其中編碼長(zhǎng)鏈酰基輔酶A合成酶基因和β-酮脂酰ACP還原酶數(shù)目最多。通過(guò)基因表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)，與脂肪酸生物合成相關(guān)的基因在種子表達(dá)中呈現(xiàn)整體上調(diào)模式，可能與種子中油脂形成和積累密切相關(guān)。對(duì)藜麥乙酰CoA羧化酶亞基編碼基因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，accD基因在不同組織間無(wú)差異表達(dá)，表明在藜麥中accD編碼的β-CT亞基可能不是影響乙酰CoA羧化酶發(fā)揮作用的限制因子。藜麥KASⅡ含有保守結(jié)構(gòu)域，與其他組織相比，編碼基因QcFb15、QcFb45和QcFb75在種子中均存在上調(diào)表達(dá)，參與藜麥脂肪酸碳鏈延伸及油脂形成。對(duì)藜麥脂肪酸生物合成途徑相關(guān)基因的挖掘，為藜麥油脂合成和積累的研究提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)高油脂藜麥品種選育等后續(xù)研究也具有重要啟示作用。

關(guān)鍵詞：藜麥， 轉(zhuǎn)錄組， 脂肪酸生物合成， 差異表達(dá)基因

中圖分類(lèi)號(hào)：Q945

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3142（2020）12-1721-11

Abstract：Quinoa is rich in nutrients， high in oil content and ideal in fatty acid composition. It is a potential resource for oil extract. Plant oil is mainly stored in crop seeds and fruits in the form of triacylglycerol， and the biosynthesis of oil is catalyzed by a large set of enzymes and regulated by both environmental factors and related genes. In addition， the synthesis and storage of oil involve plastid， endoplasmic reticulum and oil body. The molecular mechanism related to the synthesis of quinoa oil will provide a basis for breeding of oil-quinoa. In this study， the transcriptome of quinoa was analyzed. Based on quinoa transcriptome data， genes involved in fatty acids biosynthesis were explored， and the expression pattern of quinoa genes related to acetyl CoA carboxylase and β-ketoacyl ACP synthase were analyzed. The results were as follows：There were 87 genes related to fatty acid biosynthesis in quinoa， involving key enzymes such as acetyl CoA carboxylase and β-ketoacyl ACP synthase. The number of long-chain acyl-CoA synthetase gene was the most， followed by the β-oxoacyl-ACP reductase gene. Through pathway enrichment analysis， all of these differentially expressed genes were classified into pathways including fatty acid biosynthesis and fatty acid metabolism which were involved in oil synthesis. Based on gene expression pattern analysis， it was found that the genes related to fatty acid biosynthesis showed up-regulation in quinoa seed， which was closely related to the production and accumulation of oil in seed. The accD gene was not differentially expressed between different tissues， indicating that the β-CT subunit may not be a limitation affecting factor for the function of acetyl-CoA carboxylase. The α-CT protein encoded by accD gene， with no signal peptide and was a hydrophobic protein. However， β-CT was a hydrophilic protein. KAS Ⅱ contained a conserved domain， and QcFb15， QcFb45 and QcFb75 were up-regulated in seeds， which were related to the chain extension of quinoa fatty acids and oil formation. The excavation of genes related to fatty acid biosynthesis pathway of quinoa will provide a theoretical basis for the study of the synthesis and accumulation of oil， and it has important enlightenment for the follow-up research of high oil quinoa varieties.

Key words：quinoa， transcriptome， fatty acid biosynthesis， different expression genes

藜麥（Chenopodium quinoa）為一年生莧科植物，原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū)，是哥倫比亞到智利中部等地區(qū)重要的糧食作物，已有七千年的栽培歷史（Jacobsen et al.， 2003）。藜麥為四倍體植物，很多質(zhì)量性狀表現(xiàn)出雙染色體遺傳特性（Maughan et al.， 2004）。藜麥具有豐富的遺傳多樣性和變異性，表現(xiàn)出不同生態(tài)條件下的廣泛適應(yīng)性，緯度分布廣，海拔分布廣泛。藜麥可以在海平面到海拔4 000?m的范圍種植，耐受土壤貧瘠、干旱和鹽堿等惡劣環(huán)境（Hilal et al.， 2004; Hariadi et al.， 2011）。根據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)（2017），藜麥產(chǎn)量主要集中在秘魯、玻利維亞、厄瓜多爾，智利、阿根廷、哥倫比亞也是主產(chǎn)國(guó)。此外，藜麥在美國(guó)、印度、意大利、法國(guó)等95個(gè)國(guó)家和地區(qū)均有種植（崔宏亮等，2019）。藜麥雖然自20世紀(jì)90年代，已引入我國(guó)，但研究進(jìn)展相對(duì)緩慢。近年來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、成都大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)對(duì)藜麥開(kāi)展了多方面研究。目前，已審（鑒）定藜麥品種10余個(gè)，在山西、青海、甘肅、內(nèi)蒙等18個(gè)省（區(qū)）進(jìn)行推廣種植，面積達(dá)9 000 hm2（2017年數(shù)據(jù)），并初步呈現(xiàn)規(guī)模化種植的發(fā)展趨勢(shì)。基于藜麥在不良?xì)夂驐l件下的持久適應(yīng)能力，因此被認(rèn)為是各種不良非生物因素限制條件下進(jìn)行糧食作物生產(chǎn)的最佳選擇之一。

藜麥既是一種極富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食物，氨基酸配比均衡，含有人體所需的全部必須氨基酸，也是FAO認(rèn)定的唯一一種單體植物即可滿(mǎn)足人體基本營(yíng)養(yǎng)需求的食物，因此是最適宜人類(lèi)的完美“全營(yíng)養(yǎng)食品”。藜麥籽粒中既不含有谷物中常見(jiàn)的谷蛋白等過(guò)敏原，也不含麩質(zhì)，適合孕婦、嬰幼兒等特殊人群。同時(shí)，藜麥富含油類(lèi)成分，脂肪平均含量為5%～7%，高于玉米脂肪酸含量（3%～4%）（Zevallos et al.， 2012）。藜麥籽粒脂肪酸含量受到品種和種植環(huán)境等因素的影響。徐天才等（2017）對(duì)不同海拔下藜麥營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析表明，藜麥粗脂肪含量隨海拔升高而增加。胡一波等（2017）對(duì)我國(guó)北方種植的25份藜麥種質(zhì)資源進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，研究表明不同藜麥品種籽粒脂肪酸含量變化范圍為3.51%～6.72%，且與總黃酮含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性。對(duì)不同生育期植株（苗期、初花期、灌漿期和成熟期）進(jìn)行脂肪酸分析表明，植株全株脂肪酸含量由苗期的9.53%下降到成熟期的3.30%，苗期脂肪酸含量較高（魏玉明等，2018）。此外，因其不飽和脂肪酸豐富，皮膚滲透性好，油脂透明度高，藜麥籽油已經(jīng)在保健產(chǎn)品、嬰兒乳液、高檔口紅等產(chǎn)品中得到應(yīng)用。柳慧芳等（2018）建立了藜麥油脂的超臨界CO2萃取工藝，為藜麥油脂開(kāi)發(fā)利用提供了技術(shù)支持。上述研究均表明，藜麥具有較高的油脂含量和理想的脂肪酸組成，既可作為油脂提取物的潛在資源，也被作為非油料種子作物。

植物油脂主要以三酰甘油酯的形式存在，其合成是眾多酶和基因的協(xié)同表達(dá)和調(diào)節(jié)的復(fù)雜過(guò)程，涉及脂肪酸合成和三酰甘油組裝等過(guò)程，大多數(shù)步驟已經(jīng)研究較為透徹（Beisson et al.， 2013）。脂肪酸合成是植物體內(nèi)油脂形成的第一步，主要發(fā)生在質(zhì)體，合成需要前體物質(zhì)乙酰輔酶A的供應(yīng)，前體物質(zhì)在乙酰輔酶A羧化酶的作用下生成丙二酰輔酶A，后經(jīng)過(guò)脂肪酸合酶、脂肪酰-ACP硫酯酶等催化，形成不同鏈長(zhǎng)的游離脂肪酸（Yuan et al.， 1995; Pidkowich et al.， 2007）。游離脂肪酸在酰基輔酶A合成酶作用下形成酰基輔酶A，后經(jīng)過(guò)3-磷酸甘油酰基轉(zhuǎn)移酶、溶血磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶、二酰甘油轉(zhuǎn)酰酶等作用，將酰基轉(zhuǎn)移到磷酸甘油骨架上，形成三酰甘油脂（Oakes et al.， 2011）。由此可見(jiàn)，植物油脂合成是多種酶和基因共同參與的復(fù)雜過(guò)程，這是植物油脂含量和組成表現(xiàn)出復(fù)雜多樣性的分子遺傳基礎(chǔ)（陳昊等，2013）。從整體上對(duì)植物油脂合成途徑相關(guān)基因的挖掘和深入分析，將對(duì)全面闡明植物油脂代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供參考，為植物油脂合成調(diào)控奠定基礎(chǔ)。目前，對(duì)藜麥油脂方面的研究主要集中于含量、脂肪酸組成和提取工藝等方面，油脂合成調(diào)控機(jī)理及作用途徑等方面的研究尚未開(kāi)展，這在一定程度上限制了油脂產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善。

本研究在藜麥轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)生物信息學(xué)方法，確定了其脂肪酸合成途徑中的相關(guān)基因，并對(duì)基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式進(jìn)行分析，對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行鑒定。本研究結(jié)果將為藜麥高油脂內(nèi)在機(jī)制的解析奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為相關(guān)功能基因研究和油用藜麥分子育種提供數(shù)據(jù)支持。

1?材料與方法

1.1 材料

藜麥籽粒種植于成都大學(xué)雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地，9月份播種，以隴藜2號(hào)品種為試驗(yàn)材料。當(dāng)材料出現(xiàn)成熟籽粒時(shí)，選取5株藜麥，分別取其根、莖、葉、花和種子混勻，使用液氮速凍保存。

1.2 方法

1.2.1 測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建及測(cè)序?轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建及測(cè)序工作由北京百邁客生物科技有限公司完成，運(yùn)用Illumina高通量測(cè)序平臺(tái)，基于邊合成邊測(cè)序技術(shù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理及基因表達(dá)?對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制和去雜處理后得到有效序列，運(yùn)用HISAT2軟件（Kim et al.， 2015）將序列對(duì)比到藜麥參考基因組（Jarvis et al.， 2017）。使用BLAST軟件對(duì)序列與公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，得到注釋信息。采用FPKM衡量基因表達(dá)水平，并運(yùn)用EBSeq進(jìn)行差異基因分析，篩選標(biāo)準(zhǔn)為差異倍數(shù)（Fold Change）≥2且錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（False Discovery Rate）<0.01。

1.2.3 脂肪酸合成途徑基因挖掘?根據(jù)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中脂肪酸合成途徑（ko00061）注釋信息，得到藜麥脂肪酸合成途徑中的相關(guān)基因（Kanehisa et al.， 2004）。使用ExPaSy、SOPMA、ProtComp等在線(xiàn)軟件對(duì)序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。

2?結(jié)果與分析

2.1 測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾后，各樣品的有效數(shù)據(jù)量均大于6.30 GB，Q30堿基百分比均大于92.10%，表明該試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，能夠滿(mǎn)足后續(xù)分析需求。通過(guò)對(duì)有效序列與藜麥參考基因組進(jìn)行對(duì)比，匹配到參考基因組效率為92.90%～96.63%，說(shuō)明轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)適合該參考基因組。此外，通過(guò)與參考基因組注釋信息進(jìn)行比較，共發(fā)掘得到7 416個(gè)新基因（表1）。將得到的新基因序列分別與公共數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行對(duì)比分析，共5 623個(gè)基因序列被注釋?zhuān)夹禄驍?shù)量的75.82%。其中：注釋到Nr數(shù)據(jù)庫(kù)的新基因數(shù)量最多，有5 578個(gè)，占所有新基因數(shù)目的75.22%;其次是eggNOG數(shù)據(jù)庫(kù)，注釋新基因數(shù)目為3 454個(gè);注釋到KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)的新基因數(shù)目為1 161個(gè)，占挖掘新基因數(shù)目的15.66%。

2.2 藜麥脂肪酸合成途徑基因挖掘

基于藜麥基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的KEGG代謝途徑分析，為全面挖掘藜麥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成途徑解析和代謝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供了數(shù)據(jù)支撐。脂肪酸合成是植物油脂合成的基礎(chǔ)，基于藜麥基因組和不同組織轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)藜麥脂肪酸生物合成途徑（fatty acid biosynthesis，ko00061）進(jìn)行分析，挖掘得到相關(guān)基因87個(gè)，共編碼15種酶/蛋白（表2，圖1）。其中：編碼長(zhǎng)鏈酰基輔酶A合成酶（LACS）基因數(shù)目最多，為20個(gè);其次為β-酮脂酰ACP還原酶（KAR），編碼基因數(shù)目為13個(gè)。結(jié)合KEGG通路對(duì)比結(jié)果，構(gòu)建了藜麥脂肪酸生物合成途徑（圖1），乙酰CoA是藜麥脂肪酸生物合成的前體，其在乙酰CoA羧化酶（ACCase）作用下生成丙二酸單酰CoA，該步驟是從頭合成脂肪酸的第一步反應(yīng)。上述過(guò)程形成的丙二酸單酰CoA是脂肪酸鏈延伸的二碳單位的直接供體。丙二酸單酰CoA再經(jīng)過(guò)脂肪酸合酶（FAS）系統(tǒng)，F(xiàn)AS由5部分組成，分別為丙二酸單酰輔酶A-ACP轉(zhuǎn)移酶（MAT）、β-酮脂酰ACP合成酶（KAS）、KAR、β-酮脂酰ACP脫水酶（HAD）和烯脂酰ACP還原酶（EAR），在藜麥中編碼基因數(shù)目分別為2、11、13、2和3。FAS系統(tǒng)催化連續(xù)循環(huán)，每次增加2個(gè)碳長(zhǎng)度，直到生成軟脂酸-ACP和硬脂酸ACP，其在酰基ACP硫酯酶（FAT）的作用下將ACP釋放，終止碳鏈延伸反應(yīng)。隨后，游離脂肪酸在LACS的作用下形成三酰甘油合成的底物——脂酰CoA。

2.3 藜麥脂肪酸合成途徑基因的組織表達(dá)模式分析

基于藜麥根（T1）、莖（T2）、葉（T3）、花（T4）和種子（T5）轉(zhuǎn)錄組的表達(dá)數(shù)據(jù)，以種子為試驗(yàn)組，以其他組織為對(duì)照組。對(duì)篩選的差異表達(dá)基因進(jìn)行Pathway富集性分析，篩選富集度水平（P<0.05）且顯著水平前20個(gè)代謝通路進(jìn)行通路作圖，每組差異表達(dá)基因都有一些被歸類(lèi)于脂肪酸生成途徑，如脂肪酸生物合成途徑、脂肪酸代謝途徑、脂肪酸延長(zhǎng)（表3）。對(duì)涉及藜麥脂肪酸合成途徑的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，在根vs種子、莖vs種子、葉vs種子和花vs種子中，差異表達(dá)基因分別為45個(gè)、35個(gè)、33個(gè)和32個(gè)，其中上調(diào)表達(dá)基因數(shù)目分別為39個(gè)、31個(gè)、22個(gè)和25個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因數(shù)目為6個(gè)、4個(gè)、11個(gè)和7個(gè)（圖2）。

2.4 乙酰CoA羧化酶（ACCase）分析

乙酰CoA羧化酶催化作用是脂肪酸生物合成的第一步，也是脂肪酸合成的限速步驟，該步驟依賴(lài)ATP，與種子含油量密切相關(guān)。乙酰CoA羧化酶由4個(gè)亞基組成，即生物素羧基載體蛋白（BCCP）亞基、生物素羧化酶（BC）亞基、羧基轉(zhuǎn)移酶（CT）的α-CT亞基和β-CT亞基。在藜麥中鑒定出17個(gè)基因編碼4個(gè)亞基，其中5個(gè)accB基因編碼BCCP，2個(gè)accC基因編碼BC，7個(gè)accA和3個(gè)accD基因分別編碼α-CT和β-CT亞基（表4）。在植物中，細(xì)胞質(zhì)中α-CT亞基所表達(dá)的前體蛋白被運(yùn)送到葉綠體中，與β-CT亞基所表達(dá)的蛋白結(jié)合，形成ACCase的羧基轉(zhuǎn)移酶（CT），對(duì)ACCase功能的發(fā)揮起著重要的作用。在藜麥中，α-CT亞基氨基酸數(shù)目介于513～736，理論等電點(diǎn)為8.08～9.14。除去QcFb26，其余α-CT亞基脂溶系數(shù)為89.63～95.43 （小于100）， 不穩(wěn)定系數(shù)為33.64～37.51（小于40），親水性小于0，推測(cè)藜麥α-CT以疏水性脂溶蛋白為主，表現(xiàn)為穩(wěn)定蛋白。β-CT亞基氨基酸數(shù)目為237～369，理論等電點(diǎn)為4.75～7.66;脂溶系數(shù)為94.64～99.08，均小于100;親水性為0.01～0.10，推測(cè)β-CT為親水性脂溶蛋白;其不穩(wěn)定系數(shù)為32.74～45.59，穩(wěn)定性具有差異性。通過(guò)對(duì)信號(hào)肽預(yù)測(cè)，CT亞基不存在信號(hào)肽切割位點(diǎn)，是一個(gè)非分泌蛋白。

將基因在種子中表達(dá)量與其他組織中的表達(dá)量進(jìn)行兩兩對(duì)比發(fā)現(xiàn)，11個(gè)基因的表達(dá)量出現(xiàn)上調(diào)表達(dá)，除編碼β-CT亞基的accD基因無(wú)差異表達(dá)外，其余家族編碼基因均在藜麥不同組織間存在差異表達(dá)（表5）。與其他4個(gè)組織相比，QcFb76（accC）、QcFb8（accA）、QcFb46（accB）基因在種子中均表現(xiàn)為上調(diào)表達(dá);與葉片相比，基因QcFb52（accB）在種子中為下調(diào)表達(dá)，這是挖掘得到唯一的1個(gè)下調(diào)表達(dá)基因;剩余6個(gè)基因的表達(dá)量在任何組織中均沒(méi)有發(fā)生變化。上述結(jié)果表明，在種子中ACCase表達(dá)量相對(duì)其他組織高，有利于種子中脂肪酸的合成，為種子中油脂合成和積累提供更多的底物。

2.5 β-酮脂酰ACP合成酶（KAS）分析

植物脂肪酸的合成是在脂肪酸合成酶的作用下，將C2結(jié)構(gòu)反復(fù)添加到脂肪酸鏈中，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，形成不同碳鏈長(zhǎng)度的脂肪酸，β-酮脂酰ACP合成酶（KAS）作為脂酰基載體，在脂肪酸合成中發(fā)揮著重要的作用。在藜麥中，鑒定出11個(gè)KAS基因編碼蛋白，其中7個(gè)fabH基因編碼KASⅡ、4個(gè)fabF基因編碼KASⅢ（表6）。運(yùn)用生物信息學(xué)軟件，對(duì)藜麥KAS家族蛋白理化性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)表明，編碼的KASⅡ氨基酸數(shù)目為185～549，理論等電點(diǎn)為5.95～7.99。4個(gè)KASⅡ不穩(wěn)定指數(shù)小于40，3個(gè)KASⅡ大于40，其穩(wěn)定性存在差異;脂溶系數(shù)均小于100，推測(cè)KASⅡ?yàn)橹艿鞍住ignalP對(duì)信號(hào)肽進(jìn)行預(yù)測(cè)，QcFb47和QcFt53存在信號(hào)肽位點(diǎn)，推測(cè)可能為分泌型蛋白，其余KASⅡ?yàn)榉欠置谛偷鞍住?duì)KASⅢ家族蛋白理化性質(zhì)分析表明，藜麥中KASⅢ蛋白表現(xiàn)為高度一致性，為不穩(wěn)定的親水性脂溶蛋白。KASⅢ蛋白中也未檢測(cè)到信號(hào)肽， 預(yù)測(cè)為非分泌型蛋白。對(duì)藜麥KASⅡ序列結(jié)構(gòu)分析表明，含有相對(duì)保守的KASⅡ結(jié)構(gòu)GPNYSISTACATSN（F/H/Y）CI;同時(shí)，藜麥KASⅡ序列N端氨基酸序列存在差異性，C端氨基酸序列相對(duì)保守（圖3）。

將基因在種子中表達(dá)量與其他組織中的表達(dá)量進(jìn)行兩兩對(duì)比發(fā)現(xiàn)，除QcFb30外，其他KAS編碼基因在種子中均發(fā)現(xiàn)存在上調(diào)表達(dá);與葉片相比，1個(gè)基因（QcFb29）在種子中出現(xiàn)下調(diào)表達(dá)，這是挖掘到的唯一的下調(diào)表達(dá)基因（表5）。對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，與根相比，10個(gè)基因?yàn)樯险{(diào)表達(dá);與莖相比，8個(gè)基因?yàn)樯险{(diào)表達(dá);在葉和花中存在上調(diào)表達(dá)的基因數(shù)目為4個(gè)和6個(gè)。與其他4個(gè)組織相比，在種子中QcFb15、QcFb45、QcFb75、QcFb51基因均表現(xiàn)為上調(diào)表達(dá)。上述結(jié)果表明，在種子中KAS編碼基因表達(dá)量相對(duì)其他組織中高，有利于種子中脂肪酸鏈的延長(zhǎng)，為油脂合成提供條件。

3?討論與結(jié)論

雖然藜麥全基因組數(shù)據(jù)已經(jīng)報(bào)道，但藜麥分子生物學(xué)研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，功能基因數(shù)據(jù)仍有待深入地研究（Jarvis et al.， 2017; Zou et al.， 2017）。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)成本低，靈敏度高，可在短時(shí)間內(nèi)獲得大量基因表達(dá)數(shù)據(jù)，相比其他高通量基因表達(dá)數(shù)據(jù)獲得方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在油桐、核桃等產(chǎn)油植物的脂肪酸合成途徑挖掘中得到成功運(yùn)用（陳昊等，2013; 楊麗等，2017）。本研究利用藜麥5種組織（根、莖、葉、花和種子）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，測(cè)序數(shù)據(jù)Q30堿基百分比均大于92%，對(duì)比參考基因組效率大于92%，表明序列測(cè)序質(zhì)量達(dá)到轉(zhuǎn)錄組分析的要求。同時(shí)，通過(guò)基因組對(duì)比分析，挖掘得到了7 461個(gè)新基因序列，并有5 623個(gè)新基因得到注釋?zhuān)?新基因的挖掘可能與品種選擇及參考基因組測(cè)序質(zhì)量等原因有關(guān)，將為完善藜麥參考基因組序列提供數(shù)據(jù)。油脂合成代謝過(guò)程復(fù)雜，涉及多個(gè)途徑，如脂肪酸生物合成、脂肪酸延長(zhǎng)、脂肪酸去飽和、甘油磷脂代謝等過(guò)程，脂肪酸生物合成途徑是油脂合成代謝的前體（White et al.， 2005）。通過(guò)對(duì)藜麥轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行KEGG功能注釋?zhuān)诰虻玫搅宿见溨舅嵘锖铣赏緩叫畔ⅲ驳玫?7條編碼基因序列。相比其他物種而言，挖掘得到編碼基因數(shù)目相對(duì)較多，如在油桐中共發(fā)現(xiàn)54條序列歸類(lèi)于脂肪酸生物合成途徑（陳昊等，2013），在于瑪氏骨條藻（Skeletonema marinoi）中挖掘得到了脂肪酸生物合成途徑相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本33個(gè)，編碼26種酶（張梅等，2018）。這可能與藜麥脂肪酸生物合成途徑調(diào)控相對(duì)復(fù)雜有關(guān)。

對(duì)藜麥種子與其他組織脂肪酸生物合成途徑基因的表達(dá)譜進(jìn)行兩兩對(duì)比發(fā)現(xiàn)，差異基因表達(dá)以上調(diào)為主。其中與葉片相比，種子中上調(diào)表達(dá)基因數(shù)目最少，下調(diào)表達(dá)基因數(shù)目最多。魏玉明等（2018）對(duì)藜麥不同生育期粗脂肪含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明在藜麥成熟期，粗脂肪含量?jī)H存在于葉片和籽粒中，莖稈、根系等組織未檢測(cè)到粗脂肪，且葉片和籽粒中脂肪酸含量差異不顯著（P<0.05）。這說(shuō)明藜麥不同組織轉(zhuǎn)錄組的分析結(jié)果與生理研究結(jié)果相一致。

在油脂合成中，脂肪酸生物合成途徑是目前了解最為清晰的途徑（Tran et al.， 2014）。accD是制約質(zhì)體ACCase活性水平的關(guān)鍵制約因子，有研究結(jié)果表明通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)accD超表達(dá)，提高了質(zhì)體ACCase水平，并引起葉片脂肪酸含量的提高和結(jié)籽量的增加，但籽粒脂肪酸含量沒(méi)有變化（Sasaki et al.， 2001; Madoka et al.， 2003）。對(duì)藜麥脂肪酸生物合成途徑基因進(jìn)行分析，在藜麥乙酰輔酶A羧化酶組成相關(guān)的基因中，與其他組織相比，種子中accD基因未發(fā)生差異表達(dá)。KAS催化脂肪酸合成的縮合反應(yīng)，作為脂酰基載體，對(duì)脂肪酸合成的啟動(dòng)和循環(huán)起著重要作用。KASⅢ是啟動(dòng)脂肪酸合成，KASⅡ是催化植物棕櫚酸到硬脂酸轉(zhuǎn)化過(guò)程的關(guān)鍵酶，對(duì)最終油脂組成起著重要的決定作用，此外還與植物的低溫適應(yīng)性和植物的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)（Carlsson et al.， 2002）。在藜麥中，與其他組織相比，在種子中KASⅡ編碼基因fabH均表現(xiàn)出上調(diào)表達(dá)，使硬脂酸含量增加。Ando et al.（2002）對(duì)藜麥籽粒脂肪酸組成的研究結(jié)果表明，18碳組成脂肪酸遠(yuǎn)高于16碳組成脂肪酸，與藜麥種子中fabH高表達(dá)具有一致性。結(jié)合藜麥參考基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)藜麥脂肪酸生物合成途徑進(jìn)行分析，明確了脂肪酸生物合成途徑相關(guān)基因及編碼蛋白信息，為深入研究藜麥脂肪酸形成的分子機(jī)理提供了數(shù)據(jù)支撐，也為解析藜麥油脂形成與基因的關(guān)系解析奠定了基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯?蔣巧媛）