全 文 ：植物学报Chinese Bulletin of Botany 2009, 44 (2): 178-184, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2009.02.005
收稿日期: 2008-08-26; 接受日期: 2008-10-09
基金项目: 973计划(No.2006CB101605)、引进国际先进农业科学技术计划(948计划)(No.2006-G04)和江苏省博士后科研资助基金(No.
0701048B)
* 通讯作者。E-mail: qck@jaas.ac.cn
.研究报告.
不同海拔地区(南京和拉萨)种植的甘蓝型油菜的
种子基因差异表达
付三雄, 戚存扣*
江苏省农业科学院经济作物研究所, 南京 210014
摘要 分别在南京(海拔8.9 m)和拉萨(海拔3 658 m)2个不同海拔地区种植甘蓝型油菜(Brassica napus)高油品系H105, 该
材料含油量在两地分别为(46.04±1.42)%和(53.09±1.35)%。利用拟南芥表达谱基因芯片检测两地种植的H105开花后30天
种子基因的表达。以种植在南京的H105为对照, 差异表达分析结果显示有421个差异表达的基因, 其中229个基因表达下调,
192个基因表达上调。这些基因按功能可初步分为代谢相关、运输相关、结合相关、转录相关、结构相关、发育相关、信号
转导相关、其它相关及功能未知基因等几大类别。一些与光合成、糖代谢以及脂肪酸合成相关的重要基因, 如叶绿素a-b结合
蛋白基因家族、蔗糖合酶、丙酮酸激酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶、ATP-柠檬酸裂解酶、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、脂肪
酸去饱和酶(FAD6和FAD7)基因等被鉴定为差异表达。研究结果初步揭示了相关基因的表达变化规律, 为探讨油菜在不同海
拔地区含油量差异的分子遗传机理提供了重要信息。
关键词 海拔地区, 甘蓝型油菜, 基因表达谱, 基因芯片, 含油量
付三雄, 戚存扣 (2009). 不同海拔地区(南京和拉萨)种植的甘蓝型油菜的种子基因差异表达. 植物学报 44, 178-184.
油菜(Brassica napus)是我国第一大油料作物, 提
高油菜籽的含油量是提高油菜生产效益的关键(李云昌
等, 2006)。通过对拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因
组数据库的深入分析, 已发现有数百个基因与油脂的代
谢有关(Beisson et al., 2003)。这一研究结果表明, 植
物种子中的油脂合成过程是十分复杂的, 涉及上百个基
因及其编码的酶类, 其中任何一个关键基因的改变, 都可
能使种子含油量发生变化。因此, 油分形成的分子机理
研究应选择高效、高通量的方法。利用基因芯片
(cDNA chip)可以同时分析多组不同来源mRNA的差异,
快速获得大量基因在mRNA水平上的表达信息, 从而对
整个基因组范围内的基因表达谱进行分析, 因此, 该方法
是进行植物油分形成分子机理研究的理想技术。Girke
等(2000)率先将拟南芥cDNA芯片技术尝试性地应用于
油菜基因组表达研究并获得了较为理想的结果。目前,
拟南芥cDNA 芯片已用于研究甘蓝型油菜杂种及其亲本
的基因差异表达(沈俊儒等, 2006)和雄性不育油菜花器官
的基因差异表达(Carlsson et al., 2007)等研究中, 并获
得了理想的结果。但至今还未见芯片技术应用于油菜
油分形成分子机理研究的报道, 究其原因可能是油分属
于复杂数量性状, 涉及大量基因的作用, 难以构建油分性
状的近等基因系, 加之芯片费用较高, 故芯片技术难以应
用于油菜油分形成的分子机理研究中。
葛春芳(1987)认为, 向日葵(Helianthus annuus)含
油率随着其所在地区海拔高度的升高而增加, 在纬度相
同的情况下, 高海拔地区种植的向日葵含油率高, 海拔高
度对种子油分积累的影响要比纬度大。王鹏冬等
(2002)在研究油葵(Helianthus annuus)含油率与地理位
置的关系时也得出类似结论。此外栾运芳等(2002)的研
究表明, 全国范围内, 西藏自治区种植的油菜油分最高,
一般品种油分可达 45%, 有些品种油分高达55%。陈
玉萍和刘后利(1995)的研究表明, 油菜开花30天以后为
179付三雄等: 不同海拔地区(南京和拉萨)种植的甘蓝型油菜的种子基因差异表达
脂肪旺盛合成期, 此时各种代谢过程中的酶活性差异尤
其显著, 因此这一时期基因表达水平也会相应出现明显
差异。基于上述原因, 本研究以甘蓝型油菜(Brassica
napus)为研究对象, 在南京和拉萨2个海拔高度相差巨
大的地区种植同一高油分材料H105, 该材料种子油分在
两地表现出较大差异。通过基因芯片技术研究这2个地
区油菜开花30天后种子基因的差异表达情况, 初步探讨
油菜油分形成与积累的调控网络, 为揭示油菜在不同海
拔地区含油量差异的分子遗传机理奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
实验材料为甘蓝型油菜(Brassica napus L.)高油品系
H105, 经连续9年(1998-2006年)正向选择获得。2006
年9月下旬和2007年3月下旬分别将H105种子播种于
南京(海拔8.9 m)和拉萨(海拔3 658 m)试验田中, 每份
材料播种8行。 2007年3月下旬和2007年7月中旬,
当南京和拉萨的油菜分别进入盛花期时, 用彩色线挂花
标记同一天开放的花朵。开花后30天, 将种子迅速从
角果中取出贮存在液氮里。取样完毕后将种子存放在
-70°C冰箱中, 用于种子总RNA的抽提。
1.2 方法
1.2.1 油菜种子含油量的测定
采用残余索氏抽提法(Soxhlet extraction, GB2906-82)
测定南京和拉萨收获的油菜种子的含油量。
1.2.2 油菜种子总RNA抽提
按照Trizol试剂使用说明书(Invitrogen公司)提取油菜种
子RNA。种子加入Trizol试剂经均一化处理后, 加入氯
仿、异丙醇, 离心, 抽提总 RNA。
1.2.3 芯片实验
实验所用基因芯片为美国Affymetrix公司ATH1 Array
基因表达谱芯片, 由上海生物芯片有限公司-生物芯片上
海国家工程研究中心提供。该表达谱芯片涵盖22 810
种探针。芯片实验的整个过程, 包括总 RNA纯化质
检、c DNA探针制备、芯片杂交、洗涤、扫描、图
像分析和初步处理均在上海生物芯片有限公司进行。
具体过程遵照Affymetrix基因表达谱芯片操作指南(中文
版)。使用QIAGEN RNAeasy mini kit 纯化RNA, 具
体方法参见试剂盒操作手册。用琼脂糖凝胶电泳检测
总RNA的28S和18S rRNA比例, 以评估总RNA的完
整性。用紫外分光光度计分别测定RNA在260 nm和
2 8 0 nm的吸收峰用于计算总 RNA的纯度。按照
QIAGEN Oligotex Direct mRNA kit提供的操作手册提
取 poly(A)+ mRNA。按要求取1-8 mg总RNA反转录
得到 cDNA, 纯化双链DNA, 并将其进行片段化处理。
严格按照QIAGEN RNAeasy Total RNA Isolation kit
试剂盒提供的操作手册纯化生物素标记的cRNA, 用紫
外分光光度计分析RNA浓度。芯片使用前需平衡至室
温, 杂交炉中 45°C、60 rpm预杂交芯片 10分钟, 加
等体积处理好的杂交液, 然后在杂交炉中 45°C、60
rpm杂交芯片16小时。把杂交好的芯片进行洗涤、染
色, 最后用Affymetrix扫描仪扫描芯片, 采用GCOS1.2
软件读取、处理数据。差异表达基因筛选标准 :
change为Increase或Marginal Increase, log ratio(实
验组和对照组比值取log2后的值)=1, 实验组(拉萨样本)
Detection为Present的为上调基因; change为De-
crease或Marginal Decrease, log ratio=-1, 对照组(南
京样本)Detection为Present的为下调基因。
2 结果与讨论
2.1 不同海拔地区种植的油菜种子含油量变化
含油量的测定结果表明: 拉萨和南京收获的油菜品系
H105种子含油量分别为(53.09±1.35)%和(46.04±
1.42)%, 两者相差约7个百分点, 差异极显著(P<0.01)。
2.2 基因芯片样品总RNA的质量鉴定
所抽提的油菜种子总RNA, 经分光光度计检测, A260/
A280均大于1.9, 表明其纯度较高, 没有蛋白质和DNA
残留。经1%甲醛变性琼脂糖凝胶电泳检测后, 18S和
180 植物学报 44(2) 2009
28S rRNA电泳条带清晰, 28S rRNA条带无明显降解
(图1), 说明总RNA质量完好, 结果合格, 可以进行芯片
实验。
2.3 基因芯片检测结果
基因芯片检测结果显示, 信号强度达到要求, 5/3比值正
常, 符合质控标准。南京样本和拉萨样本的 cRNA分
别与含22 810条转录本的芯片杂交。图2以散点图的
形式描述了拉萨样本/南京样本对应的22 810条转录
本的平均信号强度, 按差异显著性标准筛选出在拉萨样
本中差异表达的基因 421 条, 占筛选项基因总数的
1.85%。其中表达上调的基因有192条, 表达下调的
基因有 229 条。
2.4 油菜种子中差异表达基因分析
基因芯片研究结果表明, 相对于南京种植的油菜品系
H105, 拉萨种植的H105种子中差异表达的基因有192
条基因表达上调, 229条基因表达下调。进一步的分析
表明, 这些基因的初步功能可分为9类, 包括代谢相关、
运输相关、结合相关、转录相关、结构相关、发育
相关、信号转导相关、其它及功能未知基因(图3)。分
别对其中部分上调和下调基因列表(表1和表2)。部分
基因具有多功能, 同时参与代谢、结合和发育等两种或
多种不同的细胞活动过程。芯片结果表明, 种子油脂合
图 1 油菜种子总RNA的琼脂糖凝胶电泳检测
(A) 拉萨样本; (B) 南京样本
Figure 1 Checkup of the total RNA of Brassica napus seed
samples by electrophoresis on 1% agrose gel
(A) Lhasa sample; (B) Nanjing sample
图 2 基因芯片杂交信号散点图
在基因表达谱的散点图上, 每一个点表示一个基因, 这些点通过
Affymetrix公司的GCOS软件可以显示出相应的 Probe Set ID。
X轴和Y轴分别表示对照组(南京样本)和实验组(拉萨样本)的信号
强度。红色的点(图中右上方)为两组中该基因的Detection(检出
结果)均为Present(被检出), 而黄色的点(图中左下方)为两组的检
出结果均为Absent(未被检出), 绿色的点为两组中有一组的检出
结果不是Present。散点图中共有8条斜线, 它们由上至下分别为
30、1 0、3、2、-2、-3、-1 0 和-30 , 筛选出来的差异表
达基因应该位于2和-2线外, 这两条平行线(实验组与对照组信号
比值为±2)以内的基因表达无明显差异。在基因表达谱中可见基
因分布较为分散, 偏离这 2条线, 表明在油菜种子中存在许多表达
发生显著改变的基因。
Figure 2 Scatter plots for hybridization signals by cDNA
microarray
In the scatter plots for microarray hybridization, every one of
these points denote one gene that can display corresponding
Probe Set ID through the Affymetrix GCOS software. X-axis
and Y-axis denote the signal strength of control group (Nanjing
sample) and experimental group (Lhasa sample), respectively.
The red dots (top right corner in the scatter plots) whose De-
tection of both groups for control group and experimental group
is Present (detected), the yellow points (bottom left corner in
the scatter plots) whose Detection of both groups is Absent
(not detected), and the green points whose Detection of one of
the two groups is not Present (detected). There are eight slash
in the scatter plots, as they descend from the 30, 10, 3, 2, -2,
-3, -10, -30, and differentially expressed genes lie in outer
between 2 and -2 lines. The genes in these two parallel lines
(the ratio of the experimental and control group were ±2) showed
no significant differential expression. Genes were dispersed
and deviated from the 2 and -2 lines, indicating that a lot of
genes were significantly differentially expressed in the rape-
seed seeds.
28S rRNA
18S rRNA
5S rRNA
Nanjing sample
Lh
as
a
sa
m
pl
e
181付三雄等: 不同海拔地区(南京和拉萨)种植的甘蓝型油菜的种子基因差异表达
成的发生和发展是一个多基因参与的复杂变化过程, 涉
及许多相关基因群的变化。
已有报道表明, 光合成对种子油脂合成有重要的贡
献(Ruuska et al., 2004; Goffman et al., 2005)。与这
些发现相似, 我们的研究鉴定出几个与叶绿体功能相关
的差异表达基因。例如, 几个叶绿素a-b结合蛋白基因
家族的成员和ATP合酶基因, 它们分别操纵光能的捕获
和光合磷酸化形成 A T P 。A B C 转运器 ( A B C
transporter)基因也显示出差异表达, 它是一种运输ATP
酶(transport ATPase)。最新的研究结果表明ABC转
运器与人的内源性高甘油三酯含量有关 ( 吴银等 ,
2007)。有趣的是光系统的数量、电子运输及ATP合
酶复合体受光条件共同调控。这些结果表明, 在高油分
油菜种子中, 以上这些基因的一致上调表达可使光合成
更有效, 从而有可能使脂肪酸合成得以提高。
种子油分合成的最初起始物是乙酰辅酶A, 由蔗糖
输入光合组织产生。蔗糖源流入库源(籽粒)代谢要求蔗
糖分解, 这个过程需要蔗糖合酶(sucrose synthase)的
作用。King等(1997)和Li等(2006)的研究表明, 蔗糖合
酶在油菜种子油分合成的碳源提供上起了重要作用。
与此结果相似, 本研究中蔗糖合酶基因在拉萨取材的油
菜种子中表现出更高的表达, 表明蔗糖合酶在油菜籽油
分合成中确实起了重要作用。
前人的研究已经揭示在油料种子生长过程中丙酮酸
激酶(pyruvate kinase)在脂肪酸生物合成中起重要作用
(Sangwan et al., 1992)。Andre等(2007)的最新研究
结果也表明, 丙酮酸激酶在将光合成产物转化为油分的
过程中起了至关重要的作用, 所有这些结果表明增加丙
酮酸激酶的表达至少可以部分地提高种子含油量。事
实上, 我们的研究结果中拉萨样本丙酮酸激酶的表达变
化也与上述结果类似, 较南京样本其表达上调了25.4(表
1), 即 42.22倍之多。此外, 在我们的研究中磷酸戊糖
途径(oxidative pentose phosphate pathway, OPPP)
中的一个基因, 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phospho-
gluconate dehydrogenase)基因的表达也上调, 该酶催
化6-磷酸葡萄糖酸氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸、二氧
化碳和 1 分子的 NADP H, 其最重要的功能是提供
NADPH。Li 等(2006)利用抑制性消减杂交(suppre-
ssion subtractive hybridization, SSH)技术从甘蓝型油
菜含油量近等基因系的高油品系中鉴定出丙酮酸激酶和
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶表达上调, 所有这些结果表明丙
酮酸激酶和磷酸戊糖途径及其基因6-磷酸葡萄糖酸脱氢
酶在脂肪酸合成中起了决定性作用。
我们在研究中发现一个有趣的现象, 就是一组连锁
图 3 油菜种子中差异表达基因的功能分类
Figure 3 Functional classification of the differentially expressed genes in seeds of Brassica napus
182 植物学报 44(2) 2009
表 1 油菜种子拉萨样品较南京样品表达上调的部分基因
Table 1 Partial up-regulated genes (Lhasa sample) compared with the control (Nanjing sample) in seeds of Brassica napus
Category Representative public ID Gene name Signal log ratio
Metabolism At1g09430 ATP-citrate lyase 2.1
At3g02360 6-phosphogluconate dehydrogenase family protein 1.5
At3g47470 chlorophyll A-B binding protein 4 1
At3g49160 pyruvate kinase family protein 5.4
At3g54890 chlorophyll A-B binding protein 1.2
At4g24620 glucose-6-phosphate isomerase, putative 1.3
At4g30950 omega-6 fatty acid desaturase 1.3
At5g03290 isocitrate dehydrogenase 1.4
At5g37180 sucrose synthase 1.2
Unknown rps12.1 - 1.3
At3g59370 expressed protein 4.5
Transporter At1g15500 chloroplast ADP, ATP carrier protein 1.2
Transcription At5g16470 zinc finger (C2H2 type) family protein 1.1
Structure At3g52580 40S ribosomal protein S14 (RPS14C) 1.4
At5g54600 50S ribosomal protein L24 1.3
Binding At5g20630 germin-like protein (GER3) 1.3
Signal transduction At3g56370 leucine-rich repeat transmembrane protein kinase 1.5
Development At2g30620 histone H1.2 2
表 2 油菜种子拉萨样品较南京样品表达下调的部分基因
Table 2 Partial down-regulated genes (Lhasa sample) compared with the control (Nanjing sample) in seeds of Brassica napus
Category Representative public ID Gene name Signal log ratio
Metabolism At1g65960 glutamate decarboxylase 2 (GAD 2) -1.5
At2g44540 glycosyl hydrolase family 9 protein -1.3
At3g11170 omega-3 fatty acid desaturase, chloroplast (FAD7) -1
At3g60100 citrate synthase, mitochondrial, putative -2.5
At4g20990 carbonic anhydrase family protein -3
At5g14950 glycosyl hydrolase family 38 protein -2.6
Unknown orf100a - -2.1
orf111b - -2.2
At1g31000 F-box family protein -3.6
At1g63190 hypothetical protein -3.4
At2g28330 expressed protein -2.6
At3g27660 oleosin -2
At4g25140 oleosin -1.5
At5g45690 expressed protein -1.7
At5g45830 expressed protein -3.5
Transporter At2g48020 sugar transporter, putative -1.4
At3g11050 ferritin, putative -1.8
Transcription At5g06800 myb family transcription factor -2.3
Structure At5g06640 proline-rich extensin-like family protein -1.4
Binding At3g57680 peptidase S41 family protein -1.4
Signal transduction At2g36570 leucine-rich repeat transmembrane protein kinase, putative -3.1
Development At5g07190 embryo-specific protein 3, putative -1.5
183付三雄等: 不同海拔地区(南京和拉萨)种植的甘蓝型油菜的种子基因差异表达
反应的酶基因 , 即 a - 葡聚糖磷酸化酶 ( g l u c a n
phosphorylase)、葡萄糖磷酸变位酶(phosphogluc-
omutase)和葡萄糖 -6-磷酸异构酶(glucose-6-phos-
phate isomerase)3个酶基因的表达同时上调。a-葡聚
糖磷酸化酶催化糖原的磷酸分解, 生成1-磷酸葡萄糖,
然后在葡萄糖磷酸变位酶的作用下转化为6-磷酸葡萄
糖, 6-磷酸葡萄糖在葡萄糖-6-磷酸异构酶作用下经异构
反应转变为6-磷酸果糖, 最后6-磷酸果糖通过糖酵解等
一系列过程生成丙酮酸和ATP, 为脂肪酸合成提供碳源
和能量。此外在本研究中还发现另一个有趣的现象, 就
是ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase)基因表达上调
而柠檬酸合酶(citrate synthase)基因表达下调。ATP-
柠檬酸裂解酶催化柠檬酸形成乙酰辅酶 A。转基因研
究已表明, 植物中ATP-柠檬酸裂解酶的作用主要是维持
乙酰辅酶A的碳流量用于油脂的合成与积累及脂肪酸的
合成 (Rangasamy and Ratledge, 2000)。而柠檬酸合
酶与ATP-柠檬酸裂解酶的作用相反, 它催化乙酰辅酶A
与草酰乙酸缩合生成柠檬酸, 其表达下调可减少乙酰辅
酶A用于生成柠檬酸的消耗, 和ATP-柠檬酸裂解酶联合
作用可维持乙酰辅酶A的碳流量用于油脂合成与积累。
同时我们的研究结果显示异柠檬酸脱氢酶基因的表达上
调, 该酶是三羧酸循环的限速酶, 催化脱氢生成的NADH
经呼吸链传递可生成3分子ATP。因此, 我们认为提高
糖代谢和(或)加强库源能为种子油脂合成提供更多的前
体和ATP, 从而提高含油量。
在本研究中, 2 个脂肪酸去饱和酶基因 FAD6 和
FAD7被鉴定为差异表达。FAD6与FAD2都为w-6型,
其功能一致, 它们在脂肪酸链合成中引入第2个双键, 而
FAD7为w-3型, 在脂肪酸链合成中引入第3个双键(戴
晓峰等, 2007)。本研究结果中FAD6在高油种子(拉萨
样本)中上调表达, 这与Ruuska等(2002)结果中FAD2
的表达上调相一致, 而FAD7在我们的结果中却显示为
下调表达, 对这一现象还需进一步探讨。我们的结果还
发现2个油体蛋白(oleosin)基因差异表达, 油体蛋白可
能部分影响油体的大小, 董劲松等(2009)最新的研究结果
表明油菜油体数量及面积之和与含油量存在相关性, 因
此对油体蛋白的功能也需要进一步探讨。
总之, 我们利用DNA芯片技术从不同海拔高度地区
种植的同一高油分油菜材料间鉴定出一些差异表达基
因。结合前人的研究, 我们的结果表明通过改良光合成
和糖代谢, 尤其是糖代谢可能提高油菜种子油脂的生物
合成。同时我们的研究也显示了油脂生物合成的复杂
性, 该过程中有大量的酶参与, 其中有些是调控一系列连
锁反应的酶。本研究结果从整体上提供了油菜籽油分
形成与积累的调控网络, 为揭示油菜在不同海拔地区含
油量差异的分子遗传机理, 进而通过基因工程的方法改
良油料作物的含油量提供了重要信息。
参考文献
陈玉萍, 刘后利 (1995). 甘蓝型油菜子油分的积累与某些生理变化
关系的研究. 武汉植物学研究 13, 240-246.
戴晓峰, 肖玲, 武玉花, 吴刚, 卢长明 (2007). 植物脂肪酸去饱和
酶及其编码基因研究进展. 植物学通报 24, 105-113.
董劲松, 石东乔, 高建芹, 李成磊, 刘洁, 戚存扣, 杨维才 (2009).
甘蓝型油菜油体数量及面积之和与含油量的相关性. 植物学报
44, 79-85.
葛春芳 (1987). 向日葵油分的环境饰变. 辽宁农业科学 5, 22-24.
李云昌, 胡琼, 梅德圣, 李英德, 徐育松 (2006). 选育高含油量双
低油菜品种的理论与实践. 中国油料作物学报 28, 92-96.
栾运芳, 胡书银, 王建林 (2002). 西藏油菜品种资源特征特性的研
究与利用. 西藏科技 11, 24-27.
沈俊儒, 吴建勇, 张剑, 刘平武, 杨光圣 (2006). 甘蓝型油菜华油
杂 6号及其亲本的基因差异表达研究. 中国农业科学 39, 23-
28.
王鹏冬, 杨新元, 白冬梅, 张学武, 贾爱红, 张捷 (2002). 油葵杂交
种含油率与地理位置的关系研究. 中国油料作物学报 24, 38-42.
吴银, 白怀, 刘瑞, 刘宇, 刘秉文 (2007). 中国人内源性高甘油三酯
血症患者ATP结合盒转运子A1基因R219K多态性研究. 中华医
学遗传学杂志 24, 177-181.
Andre C, Froehlich JE, Moll MR, Benning C ( 2007). A
heteromeric plastidic pyruvate kinase complex involved in seed
oil biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 19, 2006-2022.
Beisson F, Koo AJ, Ruuska S, Schwender J ( 2003) .
Arabidopsis genes involved in acyl lipid metabolism. A 2003
census of the candidates, a study of the distribution of ex-
pressed sequence tags in organs, and a web-based database.
Plant Physiol 132, 681-697.
Carlsson J, Lagercr antz U, Sundstrom J, Teixeira R,
184 植物学报 44(2) 2009
Wellmer F, Meyerowitz EM, Glimelius K (2007). Microarray
analysis reveals altered expression of a large number of
nuclear genes in developing cytoplasmic male sterile Bras-
sica napus flowers. Plant J 49, 452-462.
Girke T, Todd J, Ruuska S, White J, Benning C, Ohlrogge J
(2000). Microarray analysis of developing Arabidopsis seeds.
Plant Physiol 124, 1570-1581.
Goffman FD, Alonso AP, Schwender J, Shachar-Hill Y,
Ohlrogge JB (2005). Light enables a very high efficiency of
carbon storage in developing embryos of rapeseed. Plant
Physiol 138, 2269-2279.
King SP, Lunn JE, Furbank RT (1997). Carbohydrate content
and enzyme metabolism in developing canola siliques. Plant
Physiol 114, 153-160.
Li RJ, Wang HZ, Mao H, Lu YT, Hua W (2006). Identification of
differentially expressed genes in seeds of two near-isogenic
Brassica napus lines with different oil content. Planta 224,
952-962.
Rangasamy D, Ratledge C (2000). Genetic enhancement of
fatty acid synthesis by targeting rat liver ATP: citrate lyase into
plastids of tobacco. Plant Physiol 122, 1231-1238.
Ruuska SA, Girke T, Benning C, Ohlrogge JB (2002). Contra-
puntal networks of gene expression during Arabidopsis seed
filling. Plant Cell 14, 1191-1206.
Ruuska SA, Schwender J, Ohlrogge JB (2004). The capacity
of green oilseeds to utilize photosynthesis to drive biosyn-
thetic processes. Plant Physiol 136, 2700-2709.
Sangwan RS, Gauthier DA, Turpin DH, Pomeroy MK, Plaxton
WC (1992). Pyruvate-kinase isoenzymes from zygotic and
microspore-derived embryos of Brassica napus : develop-
mental profiles and subunit composition. Planta 187, 198-
202.
Identification of Genes Differentially Expressed in Seeds of Brassica
napus Planted in Nanjing and Lhasa by Arabidopsis Microarray
Sanxiong Fu, Cunkou Qi*
Institute of Industrial Crops of Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China
Abstract Two Arabidopsis microarrays were used to analyze the differential expression of genes during seed development of
a high-oil content Brassica napus cultivar, H105, planted in Nanjing (altitude: 8.9 m) and Lhasa (altitude: 3 658 m). The oil contents
of H105 were (46.04±1.42)% in Nanjing and (53.09±1.35)% in Lhasa. We isolated the seeds 30 days after flowering at periods
preceding and including the major accumulation of storage oil. Transcript levels of 421 genes were altered two-fold or higher for
H105 planted in Lhasa than in Nanjing. Of these, 192 showed up-regulated expression and 229 down-regulated expression. These
differentially expressed genes were involved in different processes and had different functions, including metabolism, transportation,
binding, transcription, structure, development, and signal transduction. Some key genes with differential expression, such as
chlorophyll a-b binding protein, sucrose synthase, pyruvate kinase, 6-phosphogluconate dehydrogenase, ATP-citrate lyase, citrate
synthase, isocitrate dehydrogenase, FAD6 and FAD7, relate to photosynthesis, sugar metabolism and fatty acid synthesis. These
results reveal the expression profile of correlated genes in B. napus planted in two areas, and combined with results from others,
suggest that the improvement of photosynthesis and sugar metabolism perhaps can increase lipid biosynthesis.
Key words alti tude regions, Brassica napus, gene expression profi ling, microarray, oil content
Fu SX, Qi CK (2009). Identi fication of genes differentially expressed in seeds of Brassica napus planted in Nanjing and Lhasa by
Arabidopsis microarray. Chin Bull Bot 44, 178-184.
* Author for correspondence. E-mail: qck@jaas.ac.cn
(责任编辑: 刘慧君)