2020年度海南省科学技术奖报奖项目清单及公示材料

附件：

2020年度海南省科学技术奖报奖项目清单及公示材料

1《椰子胚乳发育及椰油中链脂肪酸形成和调控的分子基础》

公示材料（省自然科学奖）

一、项目名称

椰子胚乳发育及椰油中链脂肪酸形成和调控的分子基础

二、提名者及提名意见

提名者：海南大学

提名意见：支撑该成果的4个国家级和省级项目均以海南省最具标志性热带作物—椰子（Cocos nucifera）为研究对象，通过构建椰子果实固态胚乳不同发育时期均一化的全长cDNA文库、重要基因克隆及其功能验证，挖掘和验证了一批与脂肪酸代谢，特别是中链脂肪酸合成相关的基因和调控因子，并对其功能及其调控机制开展研究，研究结果系统地解析了椰油中链脂肪酸合成和代谢的分子基础，为后续相关的椰油脂肪酸代谢工程提供重要的理论依据。

该成果研究共获得3项国家自然科学基金项目和1项海南省自然科技基金创新团队项目的资助，科研团队通过十多年的系统研究，取得了一系列创新性的研究成果。共发表SCI收录论文10篇（其中JCR一区文章6篇），中文期刊论文5篇，总引用次数173次，其中论文“Isolation of the endosperm-specific LPAAT gene promoter from coconut (Cocos nucifera L.) and its functionalanalysis in transgenic rice plants”的单篇引用率为59次,该研究成果得到该研究领域国内外同行的关注和肯定。

该研究成果填补了国内外椰子在这一研究领域的空白，为全球椰子产业的发展和提升提供了重要的科学依据。同意提名。

三、项目简介

椰子（Cocos nucifera）属棕榈科椰子属，是重要的热带经济作物，也是海南省的支柱产业之一。截止2018年，海南全省椰子林面积50.4万亩，椰子加工企业共有359家，年总产值超200亿元，全省直接或间接从事椰子产业达200多万人。2019年，海南省政府在“全面深化改革开放 加快建设美好新海南”方案中郑重提出，椰子是海南省重点发展的“三棵树”之一，将加大力度支持和推动围绕“椰子”相关的科技研究。然而，目前全球范围内对椰子果实发育的基础研究非常薄弱，极大限制了椰子产业的发展。

本项目自2005年起，科研团队经过多年的系统研究，在椰子固态胚乳发育和椰油合成方面积累了一系列的研究数据和资料，填补了国内椰子胚乳发育研究的空白，特别是在椰油中链脂肪酸代谢相关领域中的研究成果属于国际领先。具体研究内容详述如下：

(1) 在国内本成果首次建立了从椰肉RNA提取、文库构建、基因克隆、基因功能分析评价的研究技术体系；通过均一化的椰肉全长cDNA文库的构建和大规模序列分析，对椰肉发育过程中与组织发育和油脂代谢（特别是中链脂肪酸代谢）相关关键基因进行了筛选和评价，获得了一批与椰子胚乳发育和脂肪酸代谢相关的重要基因，并对其中部分基因的功能进行了解析。

(2) 从椰肉组织全长cDNA文库序列中，克隆了与椰油中链脂肪酸合成紧密相关的溶血磷脂酰基转移酶(LPAAT)、酮酯酰ACP合成酶(KAS I)、硫脂酶(FatB)等基因的全长序列，并发现这些基因在椰子胚乳的成熟期均表现出较高的表达水平；将克隆获得的基因转化酵母和烟草，发现过表达后的转基因植株中月桂酸和肉豆蒄酸含量获得不同程度的提高。进一步的研究分析表明椰子胚乳发育过程中FatB家族中FatB3基因是控制中链脂肪酸合成的关键因子，在椰油中链脂肪酸的积累和代谢中起到了关键作用。

(3) 为了系统地了解椰肉发育过程中基因的动态表达情况，采用差减杂交技术（SSH），构建了椰子胚乳发育三个不同时期的4个SSH文库。从中筛选到737个候选基因，其中103个基因和转录因子被注释为脂肪酸合成以及碳水化合物合成相关基因。同时，以现有植物microRNA检测芯片为基础，对椰子椰子胚乳发育不同阶段的microRNA的表达变化进行了分析，筛选得到了一批与椰肉发育紧密相关的候选microRNA。由此在众多功能基因中和调控因子中，筛选获得的一系列具有潜在应用价值的功能基因，为后期深入研究奠定了重要的基础。

(4) 在此基础上，重点研究了椰子胚乳组织特异性表达的WRI1类转录因子CoWRI1。该转录因子具有转录激活和转录结合活性，能够与拟南芥BCCP2基因的启动子序列相结合。在转基因拟南芥中，CoWRI1过表达植株种子中棕榈酸和硬脂酸的含量呈现出显著性增加，油酸和花生酸的含量显著性降低，但棕榈油酸C16:1含量没有显著性的改变。而在转基因水稻植株中，CoWRI1基因在胚乳特异性表达导致转基因植株中油脂的含量呈显著性增加，并在降低蛋白含量的同时增加了油脂和淀粉的含量。由此表明：CoWRI1在椰子胚乳油脂代谢过程中具有增强脂肪酸合成，影响了胚乳发育过程中炭的分配的作用机制。

通过4个项目的组织实施，共发表SCI收录论文10篇（其中JCR一区文章6篇），中文期刊论文5篇。论文的总引用率173次，其中论文 “Isolation of the endosperm-specific LPAAT gene promoter from coconut (Cocos nucifera L.) and its functional analysis in transgenic rice plants”的单篇引用率为59次,该研究成果得到该研究领域国内外同行的关注和肯定。

四、代表性论文专著目录

1. Sun RH, Ye RJ, Gao LC, Zhang L, Wang R, Mao T, Zheng YS, Li DD*, Lin YJ. Characterization and Ectopic Expression of CoWRI1, an AP2/EREBP Domain-Containing Transcription Factor from Coconut (Cocos nucifera L.) Endosperm, Changes the Seeds Oil Content in Transgenic Arabidopsis thaliana and Rice (Oryza sativa L.). Front Plant Sci. 2017, 25(8): 63. (植物学一区，IF=4.495) (被引频次16次)

2. Yuan YJ, Gao LC, Sun RH, Yu T, Liang YX, Li DD*, Zheng YS. Seed-specific expression of an acyl-acyl carrier protein thioesterase CnFatB3 from coconut (Cocos nucifera L.) increases the accumulation of mediumchain fatty acids in transgenic Arabidopsis seeds. Scientia Horticulturae, 2017, 223(15): 5–9 (园艺学一区，IF=1.624) (被引频次2次)

3. Liang YX, Yuan YJ, Liu T, Mao W, Zheng YS and Li DD*. Identification and computational annotation of genes differentially expressed in pulp development of Cocos nucifera L. by suppression subtractive hybridization. BMC Plant Biology, 2014, 14:205 doi:10.1186/s12870-014-0205-7 (植物学一区，IF=3.942) (被引频次8次)

4. Xu L, Ye RJ, Zheng YS, Wang ZK, Zhou P, Lin YJ, Li DD*. Isolation of the endosperm-specific LPAAT gene promoter from coconut (Cocos nucifera L.) and its functional analysis in transgenic rice plants, Plant Cell Report, 2010, 29: 1061–1068. (植物科学一区，IF=3.07) (被引频次59次)

5. Li DD, Zheng YS, Wan L, Zhu XM, Wang ZK. Differentially expressed microRNAs during solid endosperm development in coconut (Cocos nucifera L.). Scientia Horticulturae, 2009, 122: 666-669 (园艺学一区，IF=1.538) (被引频次5次)

6. Yuan YJ, Chen YH, Yan S, Liang YX, Zheng YS, Li DD*. Molecular cloning and characterization of an ACP thioesterase gene (CocoFatB1) expressed in the endosperm of coconut (Cocos nucifera L.) and its heterologous expression in Nicotianatobaccum to engineer the accumulation of different fatty acids. Functional Plant Biology, 2014, 41, 80-86. (植物学二区，IF=2.569) (被引频次8次)

7. Yuan YJ, Liang YX, Li BZ, Zheng YS, Luo XQ and Li DD*. Cloning and Function characterization of a β-Ketoacyl-acyl-ACP synthase I from coconut (Cocos nucifera L.) endosperm. Plant Mol Biol Rep, 2015(33): 1131–1140. (植物学二区，IF=1.656) (被引频次2次)

8. Yuan YJ, Liang YX, Gao LC, Sun RH, Zheng YS, Li DD*. Functional heterologous expression of a lysophosphatidic acid acyltransferase from coconut (Cocos nucifera L.) endosperm in Saccharomyces cerevisiae and Nicotianatabacum. Scientia Horticulturae192 (2015) 224–230.(园艺学一区，IF=1.538) (被引频次4次)

9. Gao LC, Sun RH, Liang YX, Zhang MD, Zheng YS and Li DD*. Cloning and functional expression of a cDNA encoding stearoyl-ACP Δ9-desaturase from the endosperm of coconut (Cocos nucifera L.). Gene, 2014, 549 (1): 70–76. (遗传学二区，IF=2.182) (被引频次10次)

10. Li DD，Fan YM. Cloning, characterisation, and expression analysis of an oleosin gene in coconut (Cocos nucifera L.) pulp. Journal of Horticultural Science & Biotechnology. 2009, 84 (5) 483–488 (园艺学二区，IF=0.458) (被引频次7次)

11. Li DD, Fan YM. Construction and Characterization of a cDNA Library from the Pulp of Coconut (Cocos nucifera L.). Agricultural Sciences in China. 2008, 7(9): 101-105（被引频次7次）

12. 柳晓磊，汤华，李东栋*。海南省椰子栽培品种的SSR标记分析。园艺学报，2008，35（8）：1199－1204 (被引频次9次)

13. 柳晓磊，汤华，李东栋*。椰子SSR反应体系的建立和优化。华中农业大学学报，2007，26（5）：676-679 (被引频次13次)

14. 李东栋，范永梅。椰子果肉组织中总RNA的提取及质量分析。分子植物育种，2007，5(6): 883-886. (被引频次7次)

15. 郑育声，李东栋*，王哲魁。椰子不同组织基因组DNA的提取及质量分析。海南大学学报，2007，25（1）：51-53 (被引频次6次)

五、主要完成人情况

排名	姓名	行政职务	技术职称	工作单位	完成单位	对本项目贡献
1	李东栋	无	教授	海南大学	海南大学	项目总体设计实施
2	郑育声	研究生处副处长	教授	海南大学	海南大学	油脂代谢的调控
3	周鹏	无	研究员	中国热带农业科学院热带生物技术研究所	中国热带农业科学院热带生物技术研究所	资源收集，基因克隆
4	袁怡君	无	讲师	海南大学	海南大学	基因克隆，转基因
5	梁远学	无	研究生	海南大学	海南大学	文库构建
6	孙汝浩	无	研究生	海南大学	海南大学	调控分析

六、主要完成单位情况及主要学术贡献

单位排名	单位名称	主要学术贡献
1	海南大学	构建了椰子果肉发育不同时期的cDNA文库，并对cDNA文库的质量进行了评估，并基于这些cDNA文库，采用差减杂交，筛选到737个候选基因，在它们中，103个基因被注释为脂肪酸合成以及碳水化合物合成相关基因。以不同发育时期椰肉（固体胚乳）为材料，构建全长 cDNA 文库。并在此基础上克隆了椰子胚乳中三个与中链脂肪酸合成相关的功能基因 CocoKASI、CocoFatB1、CocoLPAAT，并分别对其进行生物信息学分析和表达模式分析。从不同发育时期椰子胚乳组织的抑制消减杂交文库内筛选得到了一个椰子胚乳组织特异性表达的WRI1类转录因子。同时，对脂肪酸从头合成的关键基因进行了全长cDNA的克隆以及功能的分析。此外，对椰子果肉发育不同阶段的microRNA的表达变化进行了分析，发现了一些果肉发育相关的候选microRNA。
2	中国热带农业科学院热带生物技术研究所	收集了分别来自海南、云南、缅甸、云南、泰国以及马来西亚地区的椰子资源。应用最大可能性法分析了椰子资源中可能的群体数。研究结果表明：这些椰子资源仅仅被分成两个遗传亚群体。同样，群体结构分析也不能将中国与东南亚的椰子资源清晰地区分开。然而，群体结构分析能将高、矮种椰子部分的区分开，其中有一个亚群体仅包含高种椰子，而另一个亚群体分别包含高种椰子和矮种椰子。同时，基于椰子的形态学特征，椰子可以被分为高、矮椰子，群体结构分析显示：椰子可分为两个亚群体。为了降低假阳性的关联，混合线性模型被用去分析与高、矮性状显著关联的分子标记，发现 5 个标记与高、矮性状显著关联。这一研究结果为椰子的高、矮性状的早期鉴定奠定了基础。同时，参与了不同组织类型SSH文库的构建，差异基因的筛选、克隆和功能分析工作。