2019年湖南省自然科学奖提名项目公示

2019年湖南省自然科学奖提名项目公示

一、项目名称

全果含油新型木本油料资源品质及油脂合成机理

二、提名意见

项目针对全果含油型木本油料植物白檀资源开发利用中，资源评价、果实油脂生物合成规律及分子机理等基础研究缺乏问题开展研究，并形成三方面重要科学发现：（1）形态学标记和分子标记相结合综合分析评价白檀资源的遗传多样性，构建白檀主要性状油脂含量快速测定模型，优化形成白檀优良资源多样性评价体系；（2）探明全果含油型植物白檀果实油脂合成方式与部位、油脂累积量变化规律及与糖代谢的合成相关性；（3）弄清油脂生物合成关键基因表达模式及其通路，探明白檀果实油脂生物合成的分子机制，确定了油脂合成相关基因。该项目发表了大量国际权威期刊论文，并被众多国际权威学者正面引用；相关成果完善和丰富了全果含油型木本油料植物的理论基础，为后续深入研发全果含油型木本油料加工利用提供科学理论依据。提名该项目为湖南省自然科学奖二等奖。

三、项目简介

本课题研究内容属于林木遗传育种领域中木本油料植物资源开发利用的关键基础问题。全果含油型木本油料植物白檀抗逆性强、果实富含油脂，是极具发展前景的高品质食

用油和工业油料植物。针对野生资源良莠不齐、缺乏生物学基础，而严重制约该油料植物资源开发利用等问题。开展资源评价、果实油脂积累规律及分子机理研究，构建白檀优良资源评价体系，揭示了全果含油木本油料植物油脂生物合成规律及机理，取得了一系列原创性科研成果：

（1）多途径综合分析评价白檀资源遗传多样性，构建优良种质资源评价体系与数据库、油脂检测平台与资源在线查询系统。采用形态学标记和分子标记分析白檀资源的遗传多样性，发现其表型和遗传多样性变异主要来源于居群间的变异的，遗传和表型聚类结果跟海拔相关，与区域地理位置不一致的遗传特点。分析了油脂组分差异与近红外光谱映射关系，开发合适的化学计量方法消除原始光谱系统误差，构建起白檀主要性状油脂含量快速无损近红外测定模型与在线查询系统。

（2）全面分析全果含油型植物白檀果实油脂积累规律与贮藏方式，探明白檀果实油脂生物合成规律。白檀果实油脂累积呈“S”型动态变化，历经缓慢期、快速期和稳定期三个时期，脂肪酸组分以油酸和亚油酸为主；蛋白质，糖类的含量变化与油脂积累呈阶段性相关，不存在绝对的促进或者抑制关系；显微结构分析观察白檀果实油脂以油体和油细胞的形式贮藏，主要累积场所是中果皮、胚乳和胚三个部位，其中，胚乳是全果中最主要的油脂累积部位。

（3）利用RNA-Seq技术，基于公共蛋白质数据库

BLAST比对和KEGG功能注释，阐明白檀油脂生物合成分子机理。确定了白檀脂肪酸生物合成、TAG组装、糖酵解、淀粉合成代谢、糖异生和三羧酸循环等代谢通路中关键酶的Unigene序列和注释信息，确定了油脂生物合成通路中关键酶的动态调控模式，结合果实生理代谢动态变化，阐述了白檀果实油脂生物合成的分子机制。

项目的实施过程发表15篇科学论文，其中SCI论文5篇，分别发表在权威期刊《BMC Genomics》(IF:3.89)、《Journal of Biobased Materials and Bioenergy》(IF:2.99)、《Computers and Electronics in Agriculture》(IF:2.43)和《植物遗传与资源学报》等。同时，8篇代表成果被《Biotechnology for Biofuels》、《International Journal of Genomics》、《分子植物育种》和《中草药》等国内外重要期刊引用20多次，第一完成人因其贡献获美国园艺协会杰出论文奖、中国林学会梁希青年论文奖和中南林业科技大学优秀博士论文奖，本研究将极大丰富公共基因数据库，并在国内外引起了广泛关注和认可。拓展了野生木本油料资源的应用途径，丰富了木本油料原料资源，为今后更加系统深入地研究白檀果实发育调控基因改良提高果实油产量和改善油脂品质提供理论基础，以及为其他木本油料油料资源植物高效开发利用提供参考依据。

四、客观评价

本项目系统地研究了新型木本油料植物白檀资源评价

及果实油脂累积规律及机理，取得了一系列的创新性科研成果，基于这些成果项目主要完成人刘强博士阶段被授予国家奖学金（评价1），其博士论文《白檀果实油脂累积规律及转录组分析》被评为2018年中南林业科技大学优秀博士学位论文（评价2），同时本项目核心论文2016年刊登在《BMC Genomics》上的论文《转录组揭示白檀果实油脂生物合成机理》获得第七届中国林学会梁希青年论文奖（评价3）。研究成果获得了国内外学术同行的高度重视，很多专家及其研究组引用了本项目的研究成果。

北京林业大学林善枝教授在2017年发表于Biotechnology for Biofuels（IF= 6.221）的论文“Integrated analysis of 454 and Illumina transcriptomic sequencing characterizes carbon fux and energy source for fatty acid synthesis in developing Lindera glauca fruits for woody biodiesel”引用本项目代表论文【1】指出最近几年，Illumina 测序和第一代测序(NGS) 技术被广泛的应用于油料植物白檀等的转录表达研究中，并提出与我们课题组一致的观点：BLAST比对短序列效率低是因为缺乏特异性蛋白结构域的观点。这些发表在高质量SCI杂志论文引用充分说明本项目代表论文【1】已经开始为其他木本油料植物提供具有价值的参考。

国外专家Hasliza Hassan等人发表在《Electrophoresis》（IF=2.569）杂志的文章中充分肯定了我们的研究结果：“脂

质生物合成相关的高表达蛋白与油棕中果皮发育过程中转录组和蛋白质组水平的增加密切相关。这一发现与本项目代表论文【1】中白檀油脂累积过程中调节油脂产量和品质的FAS酶在油脂生物合成中的活性中的研究结论是一致的。”

河北农业大学齐国辉教授等人发表在《International Journal of Genomics》（IF= 1.904）的论文中指出：“近年来，许多专家学者利用转录组测序研究了许多油料植物物种的油脂代谢，如油棕、蓖麻、麻疯树、油茶、山桐子、白檀等。刘强等分析了不同发育阶段的白檀的转录组结果发现，测定了参与脂质代谢的关键调控酶ACC、KASII、KASIII、FATA、FATB、ACSL、SAD、FAD2、GPAT9、LPCAT1、DGAT1、PDAT1，它们在白檀果实油脂积累和果实油中脂脂肪酸组成变化中起重要作用。”

中国农业大学高红菊教授及其合作者2015年在IEEE软件工程与科学服务国际会议上高度评价并用专门的一段篇幅介绍了本项目代表论文【4】中我们课题组所构建的的中国木本油料植物信息系统：“为了帮助林业研究人员有效地存储和交换数据，代表性论文【4】开发了一个名为中国油料植物信息系统(COPIS)的在线交互数据平台。该系统实现了木本油料植物数据查询和实时更新，以及对历史记录数据的调取。此外，它通过集成以前手写或单独存储在计算机中的数据，提高了数据存储和共享的效率，终端用户可以根据自己的需要查询、更新和分析数据。”