全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(5): 794−800 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由陕西省自然科学基金项目(2005C108), 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009AA101105)和西北农林科技大学唐仲英育种基金
(A212020523)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 涂金星, E-mail: tujx@mail.hzau.edu.cn; Tel: 027-87281819
第一作者联系方式: E-mail: xuaixia64@yahoo.com.cn; Tel: 029-87081655
Received(收稿日期): 2009-10-13; Accepted(接受日期): 2010-02-07.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00794
芥菜型油菜 FAE1基因序列特征及其与芥酸含量关系的初步分析
徐爱遐 1,2 黄 镇 2 马朝芝 1 肖恩时 2 张修森 2 涂金星 1,* 傅廷栋 1
1 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室, 湖北武汉 430070; 2 西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100
摘 要: 采用同源序列法对 6个芥菜型油菜(Brassica juncea)品种(高芥酸、中芥酸、低芥酸)、2份白菜型油菜品种(高
芥酸和低芥酸)和 1份黑芥品种的 FAE1基因进行克隆和测序表明, 9个品种的 FAE1基因编码区全长均为 1 522 bp, 不
含内含子, 均编码 507个氨基酸残基。序列比较表明, 芥菜型油菜中有两种 FAE1基因序列(BjFAE1.1和 BjFAE1.2), 其
亲缘种白菜型油菜和黑芥中各有一种 FAE1 基因序列(BrFAE1 和 BnFAE1), BjFAE1.1 对应于白菜型油菜的 BrFAE1,
BjFAE1.2对应于黑芥的 BnFAE1; BjFAE1.1和 BjFAE1.2之间存在 71 bp处核苷酸变异和 Hind III不同的酶切位点(第
1415位和第 1144位), 蛋白质水平上存在 15处氨基酸变异。比较不同芥酸含量品种的 FAE1基因序列表明, BjFAE1.1
基因存在 2个 SNP位点(第 968位和第 1265位), BjFAE1.2基因也有 2个 SNP位点(第 49位和第 237位), 这 4个 SNP
位点中有 3个位点(第 49位、第 968位和第 1265位)导致蛋白质水平上氨基酸的差异。其中 BjFAE1.1基因第 968位
的碱基变化(C→T)引起的第 323 位氨基酸变化(Thr→Ile), 能够解释芥菜型油菜和白菜型油菜高芥酸到低芥酸(中芥酸)
的转变; 第 1265位的碱基变化(T→C)引起的第 422位的氨基酸变化(Phe→Ser), 能够部分解释芥菜型油菜的高芥酸到
低芥酸(中芥酸)的转变, 白菜型油菜的高芥酸和低芥酸品种在该位点的碱基没有变化。BjFAE1.2基因第 49位的碱基
变化(T→C)引起的第 17位氨基酸的变化(Phe→Leu), 可以解释芥菜型油菜的中芥酸变成高芥酸(低芥酸)。陕北黄芥低
芥酸突变株 1278-3的 FAE1基因序列和国外低芥酸品种比较, 只在第 1265位出现变异。
关键词: 芥菜型油菜; FAE1; 克隆; 序列分析
FAE1 Sequence Characteristics and Its Relationship with Erucic Acid Content
in Brassica juncea
XU Ai-Xia1,2, HUANG Zhen2, MA Chao-Zhi1, XIAO En-Shi2, ZHANG Xiu-Sen2, TU Jin-Xing1,*, and FU
Ting-Dong1
1 National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2 College of Agriculture, North-
west A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: Low erucic acid content, which may result from the differential mutation of the fatty acid elongation 1 (FAE1) gene, is
a major breeding target in canola quality improvement. We cloned the FAE1 genes in six Brassica juncea varieties (with high,
intermediate and low contents of erucic acid), and their sibling species: two B. rapa (with high and low erucic acid contents) and
one B. nigra varieties by using the method of homologous sequencing. The results showed that the sequences of FAE1 genes in
nine varieties were 1 522 bp without introns, and all encoded a protein of 507 amino acids. There were two FAE1 gene sequences
(BjFAEBjFAE1.1 and BjFAE1.2) in B. juncea, and only one FAE1 gene sequence was in B. rapa (BrFAE1) and B. nigra (BnFAE1),
respectively. BjFAE1.1 was corresponding to the BrFAE1 of B. rapa; and BjFAE1.2 was corresponding to BnFAE1 of B. nigra.
There were 71 nucleotide variations and the different Hind III restriction sites (No. 1415 and No. 1144) and 15 amino acid varia-
tions in protein construction between BjFAE1.1 and BjFAE1.2. The FAE1 gene sequences comparison analysis showed that there
were two SNPs (No. 968 and No. 1265) in BjFAE1.1, two SNPs (No. 49 and No. 237) in BjFAE1.2, three of the four SNPs (No.
49, No. 968, and No. 1265) resulted in differences in the amino acid level. The No. 323 amino acid in BjFAE1.1 gene was
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changed (Thr → Ile) duo to the change of the No. 968 base (C→T)), which could explain the decrease of erucic acid content in B.
juncea and B. rapa. The point mutation at the No. 1265 base (T→C) resulted in the change at No. 422 amino acid (Phe→Ser),
which could partially explained the variations from high erucic acid to low erucic acid in Brassica juncea, but no difference was
found in No. 1265 in B. rapa varieties with high and low erucic acid content. The mutation at No. 49 base (T→C) resulted in
No.17 amino acid change (Phe→Leu), which could explained the variations from intermediate erucic acid to high erucic acid
(erucic acid) in B. juncea. We compared the FAE1 gene sequences of the low erucic acid yellow mustard mutant called 1278-3
from northern Shaanxi and the varieties with low erucic acid from foreign countries. The results showed that their difference was
only in No.1265 base.
Keywords: Brassica juncea; FAE1; Cloning; Sequence analysis
芥酸(C22:1)是十字花科植物种子中积累的特异
长链脂肪酸 , 难于被人体吸收 , 营养价值较低 , 但
在工业上其应用前景广阔。因此, 油菜中的芥酸含
量水平直接影响到食用菜籽油的营养价值和工业用
菜籽油的经济价值。我国是芥菜型油菜的起源地 ,
拥有十分丰富和类型多样的品种资源。就芥酸含量
而言, 分布于陕北黄土高原及其临近一带的陕北黄
芥是一个特殊类型, 其芥酸含量平均为 25%左右[1],
明显不同于我国其他地区的芥菜型油菜(芥酸含量
大于 40%)。近年本课题组从陕北黄芥的地方品种吴
旗黄芥中筛选出芥酸含量小于 1%的突变株(1278-3),
这是迄今从我国地方品种资源中发现的第一个低芥
酸油菜材料。
FAE1(Fatty Acid Elongation 1)基因是调控芥酸
合成的关键基因 [2-3]。 James 等 [4]率先从拟南芥
(Arabidopsis)中克隆出FAE1基因(登录号为U29142),
随后, Clemens等[5]用拟南芥的 FAE1 基因设计引物
从甘蓝型油菜中获得 FAE1 基因的 cDNA 序列。
Barret等[6]利用拟南芥 FAE1基因的部分序列标记探
针, 筛选甘蓝型油菜幼胚的 cDNA 文库, 分离到两
个与 FAE1同源的 cDNA克隆(CE7和 CE8), 并且通
过定位, 表明 CE7 与 E1 位点紧密连锁, 推测 CE8
与 E2位点紧密连锁; Fourmann等[7]在甘蓝型油菜中
分离得到两个 FAE1 基因(BnFAE1.1 和 BnFAE1.2)
的部分序列, 并且证明 BnFAE1.1和 BnFAE1.2与控
制芥酸含量的两个 QTL (E1 和 E2)共分离, 认为
BnFAE1.1对应于 BrFAE1(白菜型油菜的 FAE1基因),
BnFAE1.2对应于 BO-FAE1(甘蓝的 FAE1基因)。Han
等[8]研究表明, 甘蓝型油菜高芥酸品种(Askari)和低
芥酸品种(Drakkar)的FAE1序列都编码 507个氨基酸
残基, 其差异在于第282位的氨基酸不同, 高芥酸品
种中是丝氨酸 (Ser), 低芥酸品种中是苯丙氨酸
(Phe)。肖玲等[9]和武玉花等[10]在我国甘蓝型油菜中
分离出 FAE1基因, 发现低芥酸品种中双9号的 FAE1
基因存在由 4 个碱基的缺失导致的移码突变, 不同
于迄今为止国内外报道的低芥酸油菜单核苷酸突变
类型。Gupta 等[11]从高芥酸和低芥酸芥菜型油菜中
分别分离到 FAE1.1 和 FAE1.2 基因, 发现高芥酸和
低芥酸品种的 FAE1.1 之间存在 4 个 SNP (single
nucleotide polymorphism)位点, FAE1.2之间存在 3个
SNP位点。目前, 有关我国芥菜型油菜的 FAE1基因
的序列特征还未见报道。
本研究通过对不同芥酸含量的芥菜型油菜的
FAE1基因的分离、测序和比较分析, 从分子水平分
析陕北黄芥及其低芥酸突变株的 FAE1 基因的序列
特征, 确定与芥酸含量相关的 SNPs标记, 为今后分
子标记辅助和基因调控技术进行油菜脂肪酸组分的
改良提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用 6 个不同芥酸含量的芥菜型油菜品种(系),
包括 1个陕北黄芥低芥酸突变株品系, 1个国外低芥
酸品种, 2 个陕北黄芥地方品种, 2 个关中高芥酸地
方品种, 以芥菜型油菜的亲缘种白菜型油菜和黑芥
作为参照(表 1)。其中 P2(4923)由中国农业科学院油
料作物研究所伍晓明研究员惠赠, 黑芥DNA样品由
华中农业大学李再云教授提供, 其余材料均由西北
农林科技大学保存提供。
1.2 基因组 DNA提取
按照 Doyle[12]提出的 CTAB法经改良后提取基因
组 DNA。用 1.0%的琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 质量,
用紫外分光光度计(Pharmacia Biotech, GeneQuant II)
测量 DNA浓度。根据检测结果, 将各样品的 DNA浓
度调整到 50 ng μL−1, −20℃保存备用。
1.3 引物设计与 PCR扩增
P1和 P2分别选用 3个单株基因组 DNA(P1-1、
P1-2、P1-3和 P2-1、P2-2、P2-3)进行 PCR扩增, 其

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表 1 供试材料
Table 1 Materials used in the experiments
编号
Code
材料
Material
基因组
Genome
芥酸含量
Erucic acid content
(%)
来源
Source
类型
Type
P1 突变株 1278 Mutant 1278 AABB <1.0 中国陕西 Shaanxi, China 春播 Spring seeding
P2 4923 AABB <1.0 澳大利亚 Australia 春播 Spring seeding
P3 吴旗黄芥 Wuqi mustard AABB 25.6 中国陕西 Shaanxi, China 春播 Spring seeding
P4 延安下坪黄芥 Yan’anxiaping mustard AABB 23.8 中国陕西 Shaanxi, China 春播 Spring seeding
P5 长安芥菜 Chang’an mustard AABB 45.4 中国陕西 Shaanxi, China 冬播 Winter seeding
P6 宝鸡芥菜 Baoji mustard AABB 46.7 中国陕西 Shaanxi, China 冬播 Winter seeding
P7 黑芥 Nigra BB >40.0 中国湖北 Hubei, China 春播 Spring seeding
P8 白 1558 Rapa 1558 AA <1.0 中国甘肃 Gansu, China 冬播 Winter seeding
P9 黄油菜 Yellow rapa AA 46.3 中国甘肃 Gansu, China 冬播 Winter seeding

余 7个品种(系)均选用 5个单株的基因组 DNA混合
样(P3、P4、P5、P6、P7、P8和 P9)进行 PCR扩增。
PCR 产物经过回收纯化后, 通过 pGEM-T vector 连
接和序列测定, 获得 13份样品基因组 DNA的 FAE1
基因序列。以 GenBank 公布的芥菜型油菜的 FAE1
基因序列(登录号为 AJ558197, 1 522 bp)的两端序列
作为上游和下游引物 GF/GR (5′-ATGACGTCCAT
TAACGTAAAGCTCC-3′和 5′-ATTAGGACCGACC
GTTTTGGACA-3′), 由上海生工合成引物。以 9 个
供试品种的 13 份 DNA 做模板, 分别扩增 FAE1 基
因序列。PCR反应体系为: 50 ng模板 DNA, 各 50 ng
正向和反向特异引物(GF和GR), 1×PCR缓冲液, 1 U
Taq酶, 0.15 mmol L−1 dNTPs和 2.0 mmol L−1 Mg2+,
加 ddH2O至总体积 20 μL。PCR循环参数为 94℃ 3
min, 94℃ 30 s, 67℃ 45 s, 以后每个循环复性温度降
低 0.5℃, 72℃ 1 min, 13个循环; 94℃ 1 min, 60℃ 45
s, 72℃ 1min, 25个循环; 72℃ 5 min, 最后在 10℃保
存。PCR产物在 1.0%的琼脂糖凝胶上检测。
1.4 基因片段的回收、克隆和测序
FAE1 基因片段凝胶回收试剂盒采用 UNIQ10
Column DNA Collection Kit, 用 pGEM-T Easy vector
(Promega, USA)试剂盒进行目标片段的克隆。每个
片段挑 3~5 个单克隆送到北京奥科生物技术有限公
司进行测序, 其后将每个序列在 NCBI 网站中利用
Blast软件进行分析, 鉴定其同源性。
1.5 DNA序列比对分析
使用DNAStar软件对每个FAE1基因序列去载体,
之后进行序列比对 , 用 Clustal W (http://www.ebi.
ac.uk/clustalw/)软件进行蛋白质水平上的比较分析。
2 结果与分析
2.1 FAE1基因克隆和测序
利用引物 GF/GR 对 13 份样品 DNA 进行扩增,
经 1.0%的琼脂糖凝胶电泳分析表明 , 扩增出约
1 500~1 600 bp的单带(图 1)。对每个样品回收纯化、
连接转化、克隆, 获得 13 个 DNA 片段的阳性重组
子, 每个样品选 3~5个阳性克隆进行测序。
测序结果与 GenBank中公布的 FAE1 基因序列
进行同源性比较表明, 引物GF/GR在 13份样品中扩
增出的 DNA片段均为 FAE1基因的同源片段, 长度
均为 1 522 bp, 完全符合引物设计的片段大小。与前
人报道的 FAE1 基因编码区序列长度一致, 说明本
试验已成功克隆了 13 份样品的 FAE1 基因全长编
码区。

图 1 引物 GF/GR在 13个 DNA样品中的扩增结果
Fig. 1 Amplification patterns of primer combination GF/GR in 13 DNA samples
M: 100 bp maker; P1~P9: 参阅表 1。
M: 100 bp DNA ladder; P1–P9 compared with the codes given in Table 1.
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2.2 FAE1基因的序列比较分析
对 13 份样品的 FAE1 基因片段以及前人获得的
FAE1 基因进行分析和同源性比较表明, 得到的 FAE1
基因序列和拟南芥的 FAE1 基因序列(U29142)在比较
区内的同源性在 88.4%以上, 与已公布的芸薹属各个
种的 FAE1 基因序列的同源性均在 95%以上, 其中与
芥菜型油菜 AJ558197 (FAE1.1)和 AJ558198 (FAE1.2)
同源性最高(大于 99%), 但与 GenBank 公布的芥菜型
油菜的 AF491876 (FAE1.1)和 AF491877 (FAE1.2)的同
源性较低(97%左右)。
从芥菜型油菜 P1~P6 中克隆得到的 FAE1 基因
片段可被划分为 BjFAE1.1和 BjFAE1.2, 而其亲缘种
白菜型油菜(P8 和 P9)和黑芥(P7)中均只出现一种序
列类型(BrFAE1 和 BnFAE1), 序列比较分析发现,
BjFAE1.1和 BrFAE1基本一致, BjFAE1.2和 BnFAE1
基本一致。由此可见, 芥菜型油菜的两个 FAE1基因
序列(BjFAE1.1 和 BjFAE1.2)分别对应于其亲缘种白
菜型油菜和黑芥的 FAE1基因(BrFAE1和 BnFAE1)。
将本研究芥菜型油菜及其两个亲缘种的 FAE1 基因
与来自 GenBank公布的这 3个种的 FAE1基因序列
(AF490461、AF400049, AJ558197和 AJ558198)一起
进行系谱分析, 由图 2可看出, BjFAE1.2与AJ558198
(BjFAE1.2)、BnFAE1聚在一起, 并与 AF400049 (B.
nigra)关系较近; BjFAE1.1与 BrFAE1 (high erucic)聚
在一起, 并与 BrFAE1 (low erucic)、AF490461(B. rape)
以及 AJ558197(BjFAE1.1)关系较近。进一步说明芥
菜型油菜 FAE1 基因的两种序列 BjFAE1.1 和
BjFAE1.2分别来自芸薹属的 A基因组和 B基因组。
比较发现, BjFAE1.1 和 BjFAE1.2 共存在 71 单
核苷酸变异位点(表 2), 其中 22个为碱基颠换, 49个
为碱基转换; 另外还发现 BjFAE1.1 基因在第 1 415
处存在 Hind III酶切位点, 而 BjFAE1.2基因 Hind III
酶切位点在第 1144处。

图 2 白菜型油菜、黑芥和芥菜型油菜 FAE1基因系谱分析
Fig. 2 Genealogical analysis of FAE1 in B. rapa, B. nigra, and B. juncea

表 2 芥菜型油菜 BjFAE1.1和 BjFAE1.2的核苷酸差异位点
Table 2 Positions of SNP between BjFAE1.1 and BjFAE1.2 in B. juncea
单核苷酸变异位点 Single nucleotide variation sites (bp) 基因
Gene 49 69 101 237 276 306 345 399 418 426 450 462 492 498 507
BjFAE1.1 C T A C T C C A C C C T T T A
BjFAE1.2 C/T C C C/T C A G G T A T C A C T
508 520 531 558 591 594 612 651 654 675 678 693 696 699 726
BjFAE1.1 G A C T A G T C T C C T A A T
BjFAE1.2 A G A C T A G T C T T C G T C
804 807 831 856 931 933 968 981 984 1017 1038 1056 1074 1086 1094
BjFAE1.1 A T C G C T C/T G C T G G T C G
BjFAE1.2 G C A A A A C A T C A T C A C
1098 1113 1117 1119 1122 1140 1146 1153 1176 1194 1203 1217 1265 1269 1287
BjFAE1.1 G T A C A T A A C T A C T/C A A
BjFAE1.2 A C G T G C G G T C C G T T G
1299 1371 1389 1406 1416 1443 1464 1476 1484 1495 1496
BjFAE1.1 G C A A A C C T G A C
BjFAE1.2 A G G G G T T A C G T

798 作 物 学 报 第 36卷

2.3 不同芥酸含量 FAE1基因的 SNP分析
BjFAE1.1 基因在第 968 位和第 1265 位核苷酸
表现变异; BjFAE1.2基因在第 49位和 237位核苷酸
表现变异(表 2); 在 BjFAE1.1基因的第 968位, 低芥
酸样品 P1-1、P1-2、P1-3、P2-1、P2-2和 P2-3和中
芥酸样品 P3和 P4的核苷酸碱基均为 T, 而高芥酸样
品 P5和 P6的核苷酸碱基均为 C; 在 BjFAE1.1基因
的第 1265位, P1-1、P1-2、P1-3、P2-1、P2-2和 P2-3
的核苷酸碱基多数表现为 C (个别为 T), P3和 P4的
核苷酸碱基均为C, P5和 P6的核苷酸碱基均为 T (表
3)。说明第 968 位的核苷酸碱基变化(C→T)可能与
芥酸完全相关, 而第 1265位的核苷酸碱基变化(T→
C)可能与芥酸部分相关。BjFAE1.1基因的祖先种白
菜型油菜(A 基因组)的 BrFAE1 基因, 在第 968 位,
低芥酸样品 P8 的核苷酸碱基为 T, 高芥酸样品 P9
的为C, 与芥菜型油菜的BjFAE1.1基因表现一致(表
3), 可见第 968 位可作为鉴定白菜型和芥菜型油菜
高芥酸和低芥酸的 SNP 标记。在 BjFAE1.2 基因的
第 49 位, P1-1、P1-2、P1-3、P2-1、P2-2、P2-3 和
P5 和 P6 的核苷酸碱基均为 C, 而 P3 和 P4 的均为
T; 同样, 在 BjFAE1.2基因的第 237位, P1-1、P1-2、
P1-3、P2-1、P2-2、P2-3 和 P5 和 P6 的核苷酸碱基
均为 T, 而 P3和 P4的核苷酸碱基均为 C (表 3), 说
明这两个位点的核苷酸碱基变化可以作为鉴定芥菜
型油菜中芥酸陕北黄芥的 SNP标记。BjFAE1.2基因
的祖先种黑芥(B 基因组)的 BnFAE1 基因, 在第 49
位和第 237 位的核苷酸碱基与中芥酸品种 P3 和 P4
相一致, 而与低芥酸品种 P1-1、P1-2、P1-3、P2-1、
P2-2、P2-3 和高芥酸品种 P5 和 P6 表现不一致(表
3)。
低芥酸突变株陕北黄芥 1278-3 (P1-1、P1-2、
P1-3)的 FAE1 基因的两条序列与国外低芥酸品种
4923 (P2-1、P2-2、P2-3)的基本一致, 在测序的 9个
序列中, 仅 BjFAE1.1 序列在第 1265 位表现差异,
P1-1、P1-2、P1-3 的碱基均为 C, 而 P2-1、P2-2、
P2-3的碱基有 C和 T两种类型(表 3)。
2.4 FAE1基因编码蛋白质序列分析
所克隆的 FAE1 基因均编码 507 个氨基酸残基,
整个 FAE1 序列不含内含子, 是一个开放阅读框。
BjFAE1.1和 BjFAE1.2编码蛋白质时, 71个单核苷酸
差异中的 15 个可以引起编码蛋白质的氨基酸改变
(错义突变), 这 15 个单核苷酸分别位于第 49、第
101、第 508、第 520、第 856、第 931、第 968、第
1094、第 1117、第 1153、第 1217、第 1265、第 1406、
第 1484 和第 1495 位, 其他位点的单核苷酸变化并
不造成编码蛋白质的氨基酸序列的改变 (同义突
变)。
分析不同芥酸含量样品的 FAE1 基因编码的蛋
白质序列, 发现 BjFAE1.1 基因编码的蛋白质序列在
第 323位和第 422位氨基酸表现变异。在第 323位,
低芥酸样品(P1和 P2)和中芥酸样品(P3和 P4)的氨基
酸为异亮氨酸(Ile), 而高芥酸样品(P5 和 P6)的氨基

表 3 不同芥酸含量的芥菜型油菜的 BjFAE1.1和 BjFAE1.2基因在第 49、第 237、第 968和第 1265位碱基表现
Table 3 Haplotype profiles of No. 49, No. 237, No. 968, and No. 1265 base pairs of FAE1.1 and FAE1.2 genes in B. juncea varieties
with variable erucic acid content
FAE1.1 (SNPs) FAE1.2 (SNPs) 样品名
Name
基因组
Genome
C22:1
(%) 49 bp 237 bp 968 bp 1265 bp 49 bp 237 bp 968 bp 1265 bp
P1-1 AABB <1 C C T C C T C T
P1-2 AABB <1 C C T C C T C T
P1-3 AABB <1 C C T C C T C T
P2-1 AABB <1 C C T T C T C T
P2-2 AABB <1 C C T C C T C T
P2-3 AABB <1 C C T C C T C T
P3 AABB ≈25 C C T C T C C T
P4 AABB ≈25 C C T C T C C T
P5 AABB >45 C C C T C T C T
P6 AABB >45 C C C T C T C T
P7 BB >45 — — — — T C C T
P8 AA <1 C C T T — — — —
P9 AA >45 C C C T — — — —

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酸为苏氨酸(Thr); 在第 422位, 高芥酸样品(P5和 P6)
的氨基酸为苯丙氨酸(Phe), 中芥酸样品(P3和 P4)为
丝氨酸(Ser), 低芥酸样品(P1 和 P2)多数也为丝氨酸
(Ser)。这两个位点氨基酸的变化是由第 968 位和第
1 265位的核苷酸碱基突变引起的, 因此第 968位和
第 1265 位的核苷酸碱基变化可能是导致低芥酸形
成的主要原因。BjFAE1.2 基因编码的蛋白质序列在
第 17位氨基酸表现变异, 中芥酸样品(P3和 P4)为苯
丙氨酸(Phe), 而低芥酸样品(P1和 P2)、高芥酸样品
(P5和 P6)均为亮氨酸(Leu), 这个位点的氨基酸变化
是由第 49位的核苷酸碱基突变引起的, 说明第 49位
的核苷酸碱基与芥菜型油菜中芥酸含量密切相关。
进一步分析芥菜型油菜的亲缘种白菜型油菜的
BrFAE1 基因编码的蛋白质序列 , 发现低芥酸样品
(P8)的氨基酸序列在第 323位氨基酸为异亮氨酸(Ile),
而高芥酸样品 (P9)为苏氨酸 (Thr), 与芥菜型油菜
BjFAE1.1 基因在高芥酸和低芥酸样品种中表现一致,
说明第 968 位核苷酸碱基的变化(C→T)引起的第
323 位氨基酸的变化(Thr→Ile), 在白菜型油菜和芥
菜型油菜中均可能导致高芥酸变成低芥酸。
3 讨论
芥菜型油菜(AABB)是白菜型油菜(AA)和黑芥
(BB)天然杂交之后染色体组加倍而来的复合种, 本
研究表明, BjFAE1.1对应于 BrFAE1, BnFAE1.2对应
于 BnFAE1, 说明芥菜型油菜的两条 FAE1基因分别
来自其祖先种白菜型油菜的 A基因组和黑芥的 B基
因组, 这进一步证明了芥菜型油菜是白菜型油菜和
黑芥杂交演化而来的。这一研究结果与 Fourmann
等[7]在甘蓝型油菜中研究 FAE1 基因的结果相似。
BjFAE1.1和 BrFAE1以及 BnFAE1.2和 BnFAE1的同
源性非常高, 说明在芥菜型油菜演化过程中, FAE1
基因具有很高的保守性。
本研究得到的芥菜型油菜的 BjFAE1.1 和
BjFAE1.2基因序列与GenBank中公布的来源于芥菜型
油菜的 AF491876(FAE1.1)和 AF491877(FAE1.2 基因)
序列存在多处差异, 但与 Gupta等[11]在 GenBank中公
布的序列AJ558197(FAE1.1)和AJ558198 (FAE1.2)同源
性很高, 这可能与不同的研究者采用的材料不同有
关。Gupta 等报道 AF558197(FAE1.1)和 AF558198
(FAE1.2)存在 67 处单碱基差异, 本研究得到的 BjFA
E1.1和 BjFAE1.2基因序列存在 71处单碱基差异。
Gupta 等[11]报道 BJFAE1.1 存在 4 个 SNP (第
591、第 735、第 968和第 1265位), BJFAE1.2存在 3
个 SNP (第 49、第 237 和第 1476 位)与芥酸含量相
关。然而, 本研究在 BjFAE1.1和 BjFAE1.2中分别只
发现 2个 SNP (第 968和第 1265位、第 49和第 237
位)与芥酸含量相关(表 4)。其他 3 个位点(第 591、
第 735 和第 1476 位)和芥菜型油菜的芥酸含量没有
关联, 仅发现第 591 和第 735 位的核苷酸变化与白
菜型油菜芥酸含量存在一定的相关, 这种差异有待
深入研究进行确证。

表 4 比较不同研究者发现的芥菜型油菜不同芥酸含量 BjFAE1.1和 BjFAE1.2中存在的 SNP
Table 4 SNPs comparisons in BjFAE1.1 and BjFAE1.2 of different erucic acid content from different researchers
SNP位点 SNP sites 基因
Gene
芥酸含量
Erucic acid content 49 bp 237 bp 591 bp 735 bp 968 bp 1265 bp 1476 bp
高 High C C G C C T T GU-FAE1.1
低 Low C C A T T C T
高 High C C A T C T T
中 Intermediate C C A T T C T
BjFAE1.1
低 Low C C A T T C/T T
GU-FAE1.2 高 High T C T T C T T
GU-FAE1.2 低 Low C T T T C T A
BjFAE1.2 高 High C T T T C T A
中 Intermediate T C T T C T A BjFAE1.2
低 Low C T T T C T A

本研究在第 968 位得出与 Gupta等[11]的结果完
全一致, 即 BjFAE1.1在第 968位核苷酸碱基变化(C
→T)与芥菜型油菜和白菜型油菜的芥酸含量相关
(高芥酸→低芥酸 )。根据前人 [6-7,11]的研究结果 ,
BjFAE1.1基因与控制芥酸的 E1基因共分离, 本研究
推测第 968 位核苷酸碱基变化(C→T)可能是导致
800 作 物 学 报 第 36卷

E1→e1 的主要原因。BjFAE1.1 在第 1265 位核苷酸
碱基变化(T→C)与芥菜型油菜的高芥酸和低芥酸有
一定相关性, 但不能完全相关(表 4), 说明第 1265位
核苷酸碱基变化(C→T)可能是导致芥菜型油菜芥酸
含量变化的次要原因。BjFAE1.2基因在第 49位和第
237位的研究结果与Gupta等不一致。Gupta认为, 这
两个位点的碱基变化与高芥酸基因(E2)和低芥酸基
因(e2)相关 , 而本研究结果表明 , 高芥酸和低芥酸
在这两个位点的碱基分别相同, 中芥酸在这两个位
点的碱基不同于高芥酸和低芥酸品种(表 4), 也即在
BjFAE1.2基因上没有发现导致 E2→e2的 SNP, 那么
芥菜型油菜中, BjFAE1.2基因与 E2是否共分离还有
待深入研究。
白菜型油菜 FAE1 除在第 968 位的核苷酸变异
与芥酸含量相关, 并与芥菜型油菜中 BjFAE1.1 一致
外, 在第 591 位和第 735 位的核苷酸碱基变异与芥
酸含量存在一定的相关性, 但是, 这两个位点与芥
菜型油菜的芥酸含量不相关。第 1265位与芥菜型油
菜的芥酸含量有一定相关性, 但与白菜型油菜的芥
酸含量不相关 , 这些现象说明 , 第 968 位可能是
FAE1.1 基因调控芥酸合成的一个关键位点, 第 591
位、第 735位和第 1265位可能是一些辅助位点; 芸
薹属不同种 FAE1 基因在进化过程中, 其调控芥酸
的核苷酸位点可能发生变化。
本研究发现 BjFAE1.1 基因编码的蛋白质序列,
高芥酸和低芥酸品种在第 323 位和第 422 位氨基酸
表现差异, 没有发现 Han 等[8]报道的甘蓝型油菜的
FAE1.1 基因第 282 位氨基酸的变化, 也没有发现武
玉花等[10]报道的甘蓝型油菜低芥酸品种的 FAE1 基
因的 4 个碱基的缺失导致的移码突变。可见, 尽管
芥菜型油菜和甘蓝型油菜的 FAE1.1 均来自其亲缘
种白菜型油菜的 A 基因组, 但其在不同的背景下,
其调控芥酸的突变位点不同。BjFAE1.2 基因编码的
蛋白质序列在第 17位氨基酸的变化, 可能是陕北黄
芥中芥酸含量所特有的。
4 结论
克隆了芥菜型油菜及其两个亲缘种的 FAE1 基
因全长编码区, 证明芥菜型油菜中存在 BjFAE1.1和
BjFAE1.2 两种 FAE1 基因序列, 分别与其祖先种白
菜型油菜和黑芥的 FAE1 序列一致, 二者之间存在
71个单核苷酸差异和不同的 Hind III酶切位点。在
第 968和第 1265位, BJFAE1.1碱基变异与芥酸含量
相关; 在第 49位和第 237位, BJFAE1.2的碱基变异
与芥酸含量相关。第 49 位、第 968 位和第 1265 位
碱基变异分别导致蛋白质水平上氨基酸的差异, 可
能是导致芥酸含量差异的主要原因。其中 BjFAE1.1
在第 968 位核苷酸碱基的变化(C→T)可能导致在芥
菜型油菜和白菜型油菜中高芥酸向低芥酸(中芥酸)
的转变。BJFAE1.2在第 49位核苷酸碱基的变化(C→
T)可能导致中芥酸含量芥菜型油菜的形成。
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