PBJ| 有望替代海洋鱼油！通过CRISPR-Cas9 抑制 FAE1途径显著提高亚麻荠中长链不饱和脂肪酸的含量

Omega-3长链不饱和脂肪酸（LC-PUFA）、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），被认为是健康均衡饮食的重要组成部分。渔业提供了绝大多数Omega-3长链不饱和脂肪酸，但其对环境具有一定的破坏，因此可替代的不饱和脂肪酸可以满足人们日益增长的物质需求。亚麻荠具有高水平α-亚麻酸（ALA）的油料作物，并通过转基因的手段在 亚麻荠中重建了从 ALA 合成 EPA 和 DHA 的生物合成途径，产生的 EPA 和 DHA 水平与海洋鱼油中的水平相当。此品系DHA2015.1（缩写为 DHA1）积累了超过25%长链不饱和脂肪酸。DHA1 在英国、美国和加拿大的田间试验表明 omega-3长链不饱和脂肪酸积累的性状在不同的地理位置和农业环境中是稳定的。同时，使用 DHA1 种子油的鲑鱼喂养试验和人类饮食研究都表明，这些转基因植物衍生油可以作为海洋衍生鱼油的有效替代品。

2022年6月20日，来自英国洛桑研究所的Johnathan A. Napier团队在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了一篇题为Enhancing the accumulation of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid in transgenic Camelina through the CRISPR-Cas9 inactivation of the competing FAE1 pathway的研究文章，通过抑制FAE1途径显著增加了转基因亚麻荠中二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸和其他长链不饱和脂肪酸的含量。

根据作者的观察，ALA是种子Omega-3长链不饱和脂肪酸产生的内源性C18前体，我们假设增加ALA的含量可以进一步增强DHA1亚麻荠中EPA和DHA的积累。作者提出了利用亚麻荠基因编辑突变体fae1来增加ALA的含量。此前，Ozseyhan等人使用CRISPR/cas9编辑了异源六倍体亚麻荠fae1的所有三个同源基因。由于FAE1的表达仅限于发育种子，因此该突变对其他组织没有影响。在种子中，ALA含量从野生型的36.9%增加到fae1突变型的47.3%。我们将fae1突变体的花粉与DHA1系杂交，得到的F1杂交种子在温室中播种。从F2植株单株选择具有强DsRed荧光的种子（与DHA1相关，图1），将种子切开，一半子叶组织采用GC-FID分析脂肪酸组成，另一半子叶组织在营养培养基上萌发。通过对脂肪酸甲酯(FAMEs)数据的气相色谱分析，鉴定出小于1.0%的种子为dha1和fae1纯合品系（命名为DHA1xfae1）。随后，对于F3世代也进行种植观察表型。

GC分析（图2A）结果表明，在田间生长的DHA1xfae1种子， 20:1Δ11的积累量低至0.4%，与突变背景一致。与亲本DHA1相比，棕榈酸(16∶0)和硬脂酸(18∶0)含量基本相同，而α-亚麻酸含量则由DHA1的17.0%上升到DHA1xfae1的21.5%，EPA含量从9.1%上升到9.3%，DHA含量从9.7%上升到12.6%。这些数据表明，增加前体 ALA 底物可能是提高 DHA1品系中Omega-3长链不饱和脂肪酸含量的有效方法。

人类健康研究报告称，饮食中omega -6 (n-6)与n-3之比增加，会加速血栓和炎症的形成，从而导致动脉硬化、肥胖、糖尿病和各种炎症疾病的发生。因此，我们计算了不同的n-3和n-6的含量（图2B、图2C和图3）。DHA1和DHA1xfae1的n-3/n-6之比分别为2.0和2.9，显著高于fae1突变体的2.2和野生型的1.7，表明DHA1xfae1种子脂肪酸的含量比相较于DHA1、fae1和野生型具有更好的健康效益。

综上所述，亚麻荠有望成为Omega-3长链不饱和脂肪酸（如EPA和DHA）的优良合成宿主，同时本研究也首次实现了转基因和基因编辑在植物体内同时行使功能。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13876

转自： 植物生物技术Pbj

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