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分子农业与生物能源研究所李润植教授团队在植物油脂代谢工程领域取得新进展

近日,我校分子农业与生物能源研究所李润植教授团队在Biotechnology for Biofuels and Bioproducts(IF=6.485, SCI 1区Top)发表了题为“Critical metabolic pathways and genes cooperate for epoxy fatty acid-enriched oil production in developing seeds ofVernonia galamensis, an industrial oleaginous plant”的研究论文。该研究以工业油料植物斑鸠菊为研究对象,应用高通量测序平台进行转录组测序,从差异表达基因中鉴定得到多个参与环氧化油脂生物合成的重要基因及转录因子,通过活体和离体等测试,进一步对控制斑鸠菊种子环氧化油脂积累的关键基因进行了功能分析,并绘制了斑鸠菊种子环氧化油脂生物合成的路径图,提出在高生物量植物目标器官组装富集工业特用油脂途径的代谢工程策略。

斑鸠菊酸等环氧化脂肪酸是一种含有环氧基官能基团的珍稀特异脂肪酸,可广泛用于制造增塑剂、粘合剂、油漆、生物农药、化妆品等高值工业品,被认为是石油化工原料的绿色替代品。斑鸠菊种油中含有大于70%的斑鸠菊酸,是一种优异的天然环氧化油脂资源植物。受斑鸠菊生物学特性的限制,目前全世界生产的斑鸠菊酸远不能满足工业化需求。通过对普通油料作物以及高生物量植物的油脂代谢途径进行遗传修饰,使其目标器官大量合成并积累斑鸠菊酸等天然环氧化油脂,已成为解决这一难题的重要途径。然而,目前转基因植物中的斑鸠菊酸含量仍存在难以逾越的瓶颈。为此,亟需阐明斑鸠菊酸等环氧化油脂生物合成的分子机制。本研究发现斑鸠菊种子油脂生物合成途径多个功能独特的关键酶能通过协同作用的方式,可有效地将斑鸠菊酸从其合成场所磷脂转移到其储存场所三酰甘油分子,从而导致斑鸠菊种子能大量积累斑鸠菊酸。研究结果为深入开展植物种子高效积累环氧化脂肪酸等高附加值油脂的分子育种提供了优异基因资源和理论依据,也为我省绿色、高效、可持续的“特”“优”现代农业转型发展注入了新动能。

斑鸠菊种子环氧化脂肪酸和三酰甘油生物合成的基因网络图

我校农学院博士研究生孙岩为该论文的第一作者,李润植教授和贾小云教授为共同通讯作者,团队崔红利与薛金爱副教授及刘宝玲与王晓丹老师参与部分研究工作。本研究得到国家自然基金(31401430)和山西省高等学校科技创新项目(2021L112)等项目资助。

文章链接:https://doi.org/10.1186/s13068-022-02120-2

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