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课题组在亚麻酸特异积累的分子机理方面取得进展! 精选

已有 2431 次阅读 2020-6-24 10:57 |系统分类:论文交流

623日,华中科技大学生命学院栗茂腾教授团队在植物学领域权威期刊The Plant Journal 发表了题为“Ultra-High α-Linolenic Acid Accumulating Developmental Defective Embryo was Rescued by Lysophosphatidic Acid Acyltransferase 2”的研究论文(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14889)。该研究成功突破了种子中超高亚麻酸积累引起胚胎发育障碍的技术瓶颈。

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α-亚麻酸是一种人体必需脂肪酸,适量摄入可有效预防治疗心血管疾病、增强免疫力和抑制衰老、抗癌、抗氧化等功效。α-亚麻酸等不饱和脂肪酸摄入不足会影响青少年视网膜及大脑神经发育。因此,提高食用油中不饱和脂肪酸比例具有重要健康意义。传统研究中,植物油脂专家在通过基因工程手段在油料作物中生产不饱和脂肪酸过程中经常会遇到种子活力和含油量下降的现象,是该领域研究中的常见的技术瓶颈。其主要原因由于高含量的不饱和脂肪酸经常会导致胚胎油脂代谢紊乱,进而激发油脂合成通路中的一个负反馈机制,最终影响胚胎发育和油脂积累。目前,不饱和脂肪酸超量积累引起的油脂代谢障碍的分子机制仍然不清楚。

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本课题组研究发现,超量积累亚麻酸的转基因植物种子(FAD3-OE)表现出籽粒干瘪、含油量下降、萌发率低等突变表型。进一步研究证实,亚麻酸的合成和积累都需要一种极性运输机制以避免亚麻酸在磷脂上过度滞留。通过转录组分析发现,FAD3-OE突变体中脂肪酸合成、糖酵解、光合色素合成及油菜素内酯合成等通路受到显著抑制;而脂肪酸降解、内质网胁迫和氧化胁迫反应通路被激活。脂质组数据表明,FAD3-OE种子中过量合成的亚麻酸被释放到细胞质中以游离脂肪酸的形式存在;而游离脂肪酸具有细胞毒性引起内质网胁迫,最终引发细胞氧化胁迫。

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同时,本课题组通过大批量筛选得到了可使FAD3-OE突变体种子恢复饱满的溶血磷脂酸酰基转移酶基因(LPAT2)。在FAD3-OE的遗传背景下超表达LPAT2可显著提高种子含油量,同时亚麻酸产量也提高了2-3倍。脂质组数据表明,超表达LPAT2通过提高Kennedy路径中中间代谢物及酰基CoA库含量最终提高亚麻酸的特异积累。以上结果突破了不饱和脂肪酸积累引起的胚胎发育障碍引起的技术瓶颈,为特异性高效生产不饱和脂肪酸打下基础(具体细节请阅读原文)。

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本论文通讯作者华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授,第一作者为博士后尹永泰,博士生陈康、硕士生郭祯怡等同学以及来自华中科技大学大学生创新创业训练计划项目小组成员也参加了相关研究工作。



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