花生油体蛋白基因家族全基因组鉴定及AhOle11调控种子油脂积累的功能解析

本研究通过全基因组分析在花生(Arachis hypogaea L.)中鉴定出12个油体蛋白(Oleosin)基因，系统揭示了其染色体分布、系统进化和表达模式特征。重点解析了高表达基因AhOle11的亚细胞定位及其在拟南芥中过表达显著提高种子含油量和油体密度的分子机制，为花生油脂遗传改良提供了重要靶点基因。研究发现AhOle基因含丰富的逆境响应顺式元件，在干旱、低温及植物激素处理下呈现差异表达，表明其在非生物胁迫响应中具有重要作用。

　　

花生油体蛋白基因家族的全景解析

1 引言

作为全球重要的油料作物，花生种子含有45-58%的油脂，主要以三酰甘油(TAG)形式储存在油体(OB)中。油体是由TAG核心、单层磷脂(PL)膜及膜蛋白构成的特殊细胞器，其中油体蛋白(Oleosin)作为最主要的膜蛋白，在维持油体稳定性方面发挥关键作用。根据氨基酸序列和组织表达特征，植物Oleosin可分为六大类群：原始型(P)、通用型(U)、种子低分子量型(SL)、种子高分子量型(SH)、绒毡层型(T)和果皮型(M)。研究表明，Oleosin不仅参与油脂代谢调控，还能响应干旱、低温等非生物胁迫，但其在花生中的系统研究和功能解析仍属空白。

2 材料与方法

研究团队以"石头奇"花生品种为材料，通过BLASTP和HMMER双重筛选从基因组中鉴定Oleosin基因家族成员。利用ClustalW和MEGA X构建系统进化树，采用MCScanX分析基因复制事件。通过Peanut Genome Resource数据库获取多组织转录组数据，结合RT-qPCR验证表达模式。选取高表达基因AhOle11进行克隆，通过35S启动子驱动其在拟南芥中过表达，采用气相色谱(GC)分析种子脂肪酸组成，借助激光共聚焦显微镜观察油体形态。

3 结果

3.1 花生Oleosin基因家族特征

共鉴定12个AhOle基因，分布在9条染色体上，编码137-305个氨基酸，分子量14.3-31.7 kDa。所有基因均不含内含子，仅含Oleosin保守结构域(PF01277)。系统进化分析将其分为U、SL和SH三个谱系，其中AhOle2/4属U型，AhOle5/12属SL型，其余8个为SH型。基因复制分析发现AhOle8/9为串联重复基因，与二倍体祖先种比较显示栽培花生中存在基因丢失现象。

3.2 表达模式与顺式元件

转录组数据显示AhOle4/5/11/12在发育种子中高表达，AhOle8/9在所有组织中均不表达。启动子分析发现LTR(低温响应)、ABRE(ABA响应)、TCA(SA响应)等逆境相关顺式元件。胁迫处理实验表明：AhOle1/4/6在干旱下上调，AhOle11在低温下显著诱导，AhOle5/10/11对多效唑(GA抑制剂)响应强烈。

3.3 AhOle11的功能验证

亚细胞定位证实AhOle11-GFP融合蛋白与油体标记AtOle5-RFP完全共定位。在拟南芥中过表达AhOle11使种子含油量提升22.4%(38.4-40.8%)，油体密度显著增加但大小不变。脂肪酸分析显示过表达系中C18:1和C20:1含量变化显著，而整体组成保持稳定。

4 讨论

该研究首次系统阐明了花生Oleosin基因家族的进化特征与表达规律。特别值得注意的是，SH型AhOle11通过增加油体数量而非改变大小来提升油脂积累，这与拟南芥、大豆等研究结论一致。启动子中的逆境响应元件与基因表达模式高度吻合，暗示AhOle可能参与花生抗逆调控网络。研究建立的"基因表达-蛋白定位-功能验证"研究体系，为油料作物品质改良提供了新思路。

5 结论

研究揭示了12个AhOle基因在花生基因组中的分布规律和表达特性，证实SH型AhOle11具有显著提高种子含油量的功能。该发现不仅丰富了植物油脂积累的分子调控理论，更为花生高油品种分子设计育种提供了重要靶点基因。未来研究可进一步探索不同AhOle基因间的协同作用及其在抗逆育种中的应用价值。