植物油脂是人类的必需营养，广泛应用于人类食品、医药、动物饲料及生物燃料等油脂化学工业。植物油脂的脂肪酸碳链长度和双键数目决定着油脂的理化特性和用途。应用代谢工程技术对目标油料作物进行遗传改良以生产健康有益型或独特用途的油脂正在发展成为现代农业和大健康产业的新质生产力。紫苏（Perilla frutescens）是一种食药同源的特色油料作物，其种子富含ω-3多聚不饱和脂肪酸（PUFA），是一种媲美“深海鱼油”的优质健康有益型食用油脂。解析紫苏种子独特的富油机制和挖掘功能基因，进而创育富含目标油脂的作物新种质用于规模化生产高值油脂具有重要科学意义和应用价值。

我校特用作物遗传与代谢工程研究中心（山西省）、特用作物与生物技术团队综合应用多组学分析和多维生理生化测试技术，系统解码了紫苏种子富油分子机制，并鉴定获得有重要应用价值的功能基因。此项成果研究论文“Three distinctive diacylglycerol acyltransferases (DGAT1, DGAT2 and DGAT3) fromPerilla frutescensand their potential in metabolic engineering for designed oil production”于8月3日，在国际重要经典学术期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院大类一区Top，IF6.4）发表。（原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c06976）。

本文整合应用多种检测方法，精准鉴定了催化三酰甘油（TAG）生物合成最后一步酰化反应的3个紫苏二酰甘油酰基转移酶（PfDGAT1A、PfDGAT2A和PfDGAT3B）的酶学特性，揭示了这3个DGAT酶分别对亚油酸（C18:2）、油酸（C18:1）和α-亚麻酸（C18:3）酰基底物的特异性。进一步应用单细胞异养酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、单细胞光自养莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）和普通烟草（Nicotiana tabacum）3个模式生物分别异源过表达单个PfDGAT或共表达两个PfDGAT基因，获得了总油脂含量显著提高、单个目标脂肪酸（C18:2, C18:1或C18:3）显著富集或两个目标脂肪酸显著富集的稳定遗传转化体。研究证明，这3个PfDGAT是控制紫苏种子油脂合成和多聚不饱和脂肪酸富集的关键成员，可作为优异靶标应用于产油微生物和高等植物油脂代谢工程，改良宿主油脂产量和品质，以期可持续商业化生产依据用途精准设计的“定制油脂”。

三个PfDGAT介导紫苏PUFA油脂合成机制及其在脂质代谢工程中的应用

农学院周雅莉博士（资源环境学院博士后）为论文第一作者，农学院王计平教授、李润植教授和资源环境学院李廷亮教授为共同通讯作者。合作作者包括农学院薛金爱和贾小云教授以及孙岩博士和黄旭升等研究生。该研究获得山西省基础研究（自由探索类）青年项目（202403021212310）、山西农业大学农学院育种工程重点培育项目（YZ2021-08）、山西省科技创新人才团队专项基金（202304051001042）、国家外国专家局引智项目（G2023004003L）等项目资助。

团队另一项有关紫苏油脂研究成果论文“PfPAH1-1gene enhances plant tolerance to low phosphate stress by modulating cell membrane lipid remodeling”，于1月31日发表于《Plant Physiology and Biochemistry》（中科院大类2区Top，IF 6.4）（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2025.109593）。

此项研究从紫苏发育种子中鉴定获得编码参与油脂生物合成的磷脂酸磷酸水解酶（Phosphatidic acid phosphohydrolase）基因PfPAH1-1。在高等模式植物普通烟草和低等模式植物莱茵衣藻中异源过表达PfPAH1-1显著促进宿主油脂合成积累，特别是低磷胁迫下细胞膜脂重塑，显著增强宿主低磷胁迫抗（耐）性。研究揭示了PfPAH1-1介导植物低磷胁迫应答的分子机制，为紫苏等油料作物油脂品质和抗逆性改良提供了新见解。

低磷胁迫下野生型(A, C)和PfPAH1-1转基因烟草株系(B, D)不同脂质成分及含量

农学院2024级硕士研究生闻婧为论文第一作者，王计平教授和周雅莉博士为通讯作者。该研究获得山西省基础研究（自由探索类）项目（202403021212310, 20210302123418）、山西农业大学农学院育种工程重点培育项目（YZ2021-08）、山西农业大学科技创新工程（CXGC2023048）等项目资助。

燕麦（Avena sativa）是禾谷类作物中仅有的种子胚乳高水平合成积累油脂的优质杂粮作物，在保障全球粮食安全和缓解畜牧业饲料短缺中发挥重要作用。然而，全球气候变暖对燕麦等作物产量和品质的危害日趋严重。解析燕麦胚乳油脂合成和热胁迫应答机制，有助于通过分子育种创制出具有耐热性的优质燕麦等作物新品种。团队有关作物脂质代谢与抗（耐）热胁迫的研究论文“Integrated transcriptomic, metabolomic and lipidomic analyses uncover the crucial roles of lipid metabolism pathways in oat (Avena sativa) responses to heat stress”，于8月28日发表于《BMC Genomics》（中科院大类2区，IF4.2）。（原文链接：https://doi.org/10.1186/s12864-025-11972-5）。

该文整合转录组学、代谢组学及脂质组学分析，多维度揭示了燕麦油脂生物合成和幼苗热胁迫应答机制，挖掘到相关功能基因，阐明了脂质代谢重构是燕麦抵御热胁迫的核心枢纽。研究为遗传改良燕麦抗（耐）热性和营养品质提供了优异的靶基因和新思路。

脂质代谢重构介导燕麦幼苗热胁迫应答

农学院孙岩博士（林学院博士后）为论文第一作者，薛金爱和李润植教授为通讯作者。该研究获得山西农业大学博士后研究启动项目（232006）、山西农业大学引进人才研究启动基金（2021BQ83）和国家自然科学基金（31401430）资助。