一种脂肪酸转运蛋白及其编码基因AtFAX3基因与应用

本发明属于分子育种，涉及一种脂肪酸转运蛋白及其编码基因atfax3基因与应用。

背景技术：

1、由于关于质体中的脂肪酸向外运输的膜转运蛋白报道很少，因此脂肪酸运出质体的机制一直存在很大的争议。李楠楠等首次在拟南芥中对atfax1进行了研究，研究人员分离出fax1，并对其功能进行验证。他们发现这种叶绿体质膜定位的转运体对于生物量产生、雄性育性以及脂肪酸衍生化合物(如脂类、蜡或花粉粒的细胞壁物质)的合成至关重要(linannan,et al."fax1,a novel membrane protein mediating plastid fatty acidexport.."plant biology 13.2(2015):doi:10.1371/journal.pbio.1002053.)。此外，还有研究发现在衣藻和甘蓝型油菜中，fax1也在质体转运脂肪酸的过程中起作用([1]linannan,et al."characterization of fatty acid exporters involved in fatty acidtransport for oil accumulation in the green alga chlamydomonas reinhardtii.."biotechnology for biofuels

2、12.1(2019):doi:10.1186/s13068-018-1332-4.[2]xiao zhongchun,et al."thebrassica napus fatty acid exporter fax1-1 contributes to biological yield,seed oil content,and oil quality.."biotechnology for biofuels 14.1(2021):doi:10.1186/s13068-021-02035-4.)。

3、李楠楠团队的另外一项研究中，进一步证明了质体包膜定位蛋白fax2和fax4作为种子胚胎质体中进行三酰基甘油(tag)生物合成的fa输出体，主要作用在拟南芥种子灌浆过程中fa从质体运输到er中进行tag的生物合成(li nannan,et al."two plastid fattyacid exporters contribute to seed oil accumulation in arabidopsis.."plantphysiology 182.4(2020):doi:10.1104/pp.19.01344.)。

4、近期研究表发现，opda1在杨树的损伤胁迫调控中发挥重要作用，并且opda1过表达植株的茉莉酸含量以及与茉莉酸合成相关基因的表达量升高。此外，opda1还定位于杨树叶片叶绿体内层。atfax3作为调控opda1输出的候选基因之一，猜测其也可能在提高植株损伤胁迫中起作用(zhao xin,et al."opdat1,a plastid envelope protein involved in12-oxo-phytodienoic acid export for jasmonic acid biosynthesis in populus.."tree physiology 41.9(2021):doi:10.1093/treephys/tpab037.)。

5、目前的研究发现，fax/tmemb_14家族成员作为膜内转运蛋白在质体脂肪酸输出中起到转运作用。fax蛋白在拟南芥中有7个同源物，被命名为fax1-7。atfax1-4被预测定位在质体膜中，并被预测参与植物中的脂质转运。其中fax3与fax4的dna序列相似，进化树也显示二者亲缘关系较近。然而目前对于fax3的研究还非常少，因此，申请人拟验证fax3是否具有转运脂肪酸的功能以及在膜脂合成方面起作用，并且进一步探究fax3调控种子中油脂的积累的机制。为培育出油脂产量更高，品质更好的油料作物提供新思路。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种脂肪酸转运蛋白及其编码基因atfax3基因与应用，该基因定位于质体包膜，可以参与脂肪酸的跨膜转运，是首次确定fax3主要作用于角果皮，影响角果皮质体中脂肪酸的转运，进而探究其在膜脂合成、种子发育所需碳源供应方面的作用机制。最终确认fax3在种子油脂合成积累的调控作用。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1、一种脂肪酸转运蛋白，包括a)或b)的蛋白质：

4、a)由如seq id no.2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

5、b)将如seq id no.2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加与植物脂肪酸转运能力相关的蛋白质。

6、2、编码前述脂肪酸转运蛋白的基因，即atfax3基因，其核苷酸序列如seq id no.1所示。

7、3、含有前述基因的表达盒。

8、4、含有前述基因或表达盒的重组载体。

9、5、含有前述基因或表达盒的重组质粒。

10、6、含有前述基因、表达盒或重组载体的重组菌。

11、7、含有前述基因、表达盒或重组载体的转基因植物细胞系。

12、8、前述脂肪酸转运蛋白、基因、表达盒、重组载体、重组质粒、重组菌或转基因植物细胞系在调控植物种子油脂合成中的应用。

13、作为优选的技术方案之一，所述植物为拟南芥。

14、作为进一步优选的技术方案之一，所述脂肪酸转运蛋白参与拟南芥质体脂肪酸跨膜转运过程、影响角果皮和种子连接处细胞的发育、种子形态以及调控油脂合成。

15、作为优选的技术方案之一，所述脂肪酸转运蛋白定位于质膜，主要作用于角果皮，从而转运脂肪酸。

16、9、一种构建转基因植物的方法，使前述脂肪酸转运蛋白在拟南芥中过表达或敲除，进而影响拟南芥质体中的脂肪酸转运，改变(提高/降低)种子中油脂合成量。

17、作为优选的技术方案之一，过表达或敲除的方法为：向拟南芥中导入35s驱动的前述脂肪酸转运蛋白的编码基因，或者敲除所述编码基因。定位于质膜，过表达会提高种子含油量，而敲除会使油脂含量显著下调。

18、本发明的有益效果在于：

19、本发明首次对拟南芥(arabidopsis thaliana)中对fax3的定位及功能进行探究。利用生物信息学分析，比对不同物种中fax家族成员的蛋白序列，推测fax3的作用机制。然后开展相关实验，证明了atfax3参与叶绿体内脂肪酸跨膜转运过程，并且主要在角果皮中起作用，从而影响拟南芥种子中的油脂合成。本发明为提高种子含油量以及品质提供了新的思路。

20、具体优势如下：

21、1)本发明成功克隆了拟南芥atfax3基因，并将其转运蛋白应用到提高油脂含量研究中去。通过进行功能验证相关实验，证明了atfax3可以参与脂肪酸的跨膜转运，并影响种子中的能量分配。

22、2)首先在拟南芥中敲除fax3，发现拟南芥表现出种子油脂含量显著降低，角果皮细胞叶绿体内脂滴增多。为探究种子油脂合成和提高产油量提供新思路。