橄榄 R2R3-MYB 基因家族全基因组鉴定及其与脂肪酸生物合成的关联研究

【字体: 时间:2025年05月21日 来源:BMC Plant Biology 4.3

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  为明确 MYB 转录因子在橄榄果实脂肪酸代谢中的功能,研究人员对橄榄 R2R3-MYB 基因家族开展全基因组鉴定,分析其染色体分布、进化关系等,发现 OLMYB185 与脂肪酸合成相关,该研究为橄榄脂肪酸代谢机制解析及品种改良提供新视角。

  橄榄油作为重要的植物油来源,其核心成分脂肪酸的合成机制一直是植物代谢研究的热点。橄榄(Olea europaea L.)虽为古老的木本油料作物,但 MYB 转录因子家族在其果实脂肪酸代谢中的功能尚未明确。目前,关于橄榄 R2R3-MYB 基因家族的系统研究较少,尤其是其与脂肪酸生物合成的直接关联缺乏分子证据,这限制了通过基因编辑或分子育种优化橄榄含油量的进程。
为填补这一研究空白,重庆市林业科学研究院三峡库区森林生态修复与利用重庆市重点实验室联合云南大学等机构的研究人员,开展了橄榄 R2R3-MYB 基因家族的全基因组分析及其与脂肪酸代谢关联的研究。相关成果发表于《BMC Plant Biology》,为解析橄榄油脂合成的分子调控网络提供了关键线索。

研究团队采用了一系列关键技术方法:首先从 NCBI 数据库获取橄榄基因组数据,通过隐马尔可夫模型(HMM)搜索和保守结构域验证,鉴定 R2R3-MYB 家族成员;利用 Clustal X 和 MEGA 6.0 构建系统发育树,结合 TBtools 进行基因结构和保守基序分析;通过 McscanX 工具分析基因共线性,探讨家族进化动力;基于 NCBI SRA 数据库的转录组数据,运用 DEGseq 筛选差异表达基因,并通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)构建调控网络;最后利用农杆菌介导法将关键基因 OLMYB185 转入拟南芥(Arabidopsis),验证其功能。

研究结果


基因家族鉴定与特征分析


研究从橄榄基因组中鉴定出 212 个 R2R3-MYB 基因(命名为 OLMYB1-OLMYB212),其蛋白均含两个保守 MYB 结构域,氨基酸长度(157-941 aa)和等电点(4.78-10.27)差异显著,96 个为疏水性蛋白(PI>7),且均定位于细胞核。系统发育分析显示,这些基因可分为 6 个亚组(O1-O6),与拟南芥 23 个亚家族存在对应关系,但未发现拟南芥特有的 S9 亚组,暗示功能分化。

染色体分布与进化分析


110 个基因成功定位到 23 条染色体上,分布不均(1 号染色体含 10 个,23 号无分布)。共线性分析揭示 17 对片段重复和 7 对串联重复基因,Ka/Ks 比值均 < 1,表明经历纯化选择。启动子分析发现丰富的顺式元件,包括 11 类胁迫响应、11 类激素响应和 18 类生长发育相关元件,其中 MYC 响应元件(744 个)和乙烯响应元件(ERE,346 个)最为丰富,提示该家族广泛参与环境适应和发育调控。

表达谱与共表达网络


转录组分析显示,50 个基因在果实中特异性高表达,其中 OLMYB185 和 OLMYB149 在 3 个橄榄品种果实中高表达,而在花芽中低表达。WGCNA 构建的共表达网络中,OLMYB185 所在的棕色模块与油脂含量呈正相关(0.98),且与脂肪酸合成通路基因 FAR1、ACAT2 等显著共表达(R2>0.85,P<0.05),KEGG 富集显示该模块显著富集于脂肪酸合成、降解及不饱和脂肪酸合成通路。

功能验证:OLMYB185 在拟南芥中的过表达


通过农杆菌转化获得 8 个 OLMYB185 过表达拟南芥株系,表型分析显示,转基因株系种子的表面积、长度、宽度均显著大于野生型(WT Col-0),表明 OLMYB185 可促进种子发育,推测其通过调控脂肪酸积累影响种子大小。

结论与意义


本研究系统解析了橄榄 R2R3-MYB 基因家族的进化特征和表达模式,证实 OLMYB185 通过调控脂肪酸生物合成通路参与种子发育,为橄榄油脂代谢的分子机制提供了新认知。研究结果不仅拓展了 MYB 转录因子在木本油料作物中的功能研究,也为通过基因编辑技术改良橄榄含油量和种子性状提供了关键靶点。此外,橄榄与大豆、芝麻等作物的同源基因分析,为跨物种代谢通路比较和分子育种提供了参考依据。未来研究可进一步探索 OLMYB185 下游调控网络,推动其在油料作物遗传改良中的应用。

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