The Plant Journa l 华中科技大学栗茂腾教授课题组发现促进磷脂超长链脂肪酸积累基因

10月9日，The Plant Journal期刊在线发表了华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授课题组的研究结果，论文标题为“Class A lysophosphatidic acid acyltransferase 2 from Camelina sativa promotes very long-chain fatty acids accumulation in phospholipid and triacylglycerol”（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15999）。该研究首次发现了在磷脂上促进超长链脂肪酸积累的关键基因，为突破超长链脂肪酸生产的技术瓶颈提供突破口。

超长链脂肪酸（VLCFAs）是脂肪酸碳链长度大于18个碳的一类脂肪酸，在工业生产及食品保健领域有重要价值。以芥酸（C22:1）为例，芥酸分子碳链长，疏水性和防水性强，润滑性能优异，是一种重要的油脂化学产品，在冶金、机械、橡胶、化工、油漆、纺织、制造和医药等领域有广泛用途。目前，工业用VLCFAs的来源主要是从自然界植物种子和深海鱼中提取，远不能满足工业使用需求。

十字花科植物，如海甘蓝和油菜等的一些品种（系）或种质资源的种子中含有丰富的VLCFAs-芥酸，其含量可达50%以上。故在十字花科植物中进一步提高VLCFAs含量一直是当前研究的热点之一。近年来，在油料作物种子中通过基因工程手段提高VLCFAs含量已获得一定程度的成功，但也遇到了技术瓶颈。如转基因种子的含油量下降、磷脂酰胆碱（PC）上VLCFAs含量低以及无法进一步提高VLCFAs在甘油三脂（TAG）中的积累等问题。因此，寻找具有促进VLCFAs在PC上积累的基因，并应用于基因工程及合成生物学中，具有重要应用价值。

该团队在荠蓝全基因组水平上对溶血磷脂酸酰基转移酶（LPAT）家族进行功能分析，发现隶属于A类的LPAT2在拟南芥种子中超量表达可显著提高VLCFAs含量，同时含油量也有一定水平提高。此外，该课题组还发现超表达来自拟南芥、油菜、白菜和甘蓝等代表性十字花科植物的LPAT2，同样可以促进拟南芥种子VLCFAs积累，证明了该基因可能具有功能保守性。基于此，推测LPAT2可能具有VLCFAs底物偏好性。然而，体外酶活和底物偏好性实验结果表明，尽管荠蓝LPAT2超表达系对VLCFAs活性有所提高，TAG分子的碳位分析结果也证实，荠蓝LPAT2能够小幅促进VLCFAs在sn-2位的积累。

图1荠蓝LPAT2超表达系与对照种子包含VLCFAs的PA分子百分含量

为进一步揭示荠蓝LPAT2促进VLCFAs积累的机制，通过ESI-MS/MS对脂质中间代谢物进行了分子组成检测。结果发现，超表达系种子中含有VLCFAs的磷脂分子的比例显著提高（图1）。进一步分析显示：超表达系种子VLCFAs的百分含量在LPAT2催化的直接产物磷脂酸（PA）中，相比对照组提高了4倍以上；磷脂主要组分磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）中VLCFAs的百分含量，提高了2 - 2.8倍；这与质谱检测结果一致（图2）。在此之前，并没有超表达促进磷脂中VLCFAs积累的LPAT被报道。更重要的是，磷脂分子中，双C20分子比例大幅提高，这为突破VLCFAs在种子中进一步积累的技术瓶颈提供突破口。

图 2 VLCFAs 在荠蓝LPAT2超表达系与对照种子中磷脂等脂质中间代谢物中的相对含量

本文通讯作者为华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授，尹永泰博士和Nadia Raboanatahiry博士为论文共同第一作者，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。本研究得到国家自然科学基金（32172087）、中国博士后基金（2016M602309）等项目的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15999

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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