西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院張延龍教授團(tuán)隊(duì)在牡丹種子高水平α-亞麻酸積累機(jī)制方面取得新進(jìn)展

　　近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院張延龍課題組接連在The Plant Journal和Horticulture Research發(fā)表2篇研究論文，在解析牡丹PrNF-YC2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控種子油脂積累機(jī)理方面以及在研究牡丹種子中高水平α-亞麻酸積累的機(jī)制方面取得新進(jìn)展。

 

　　牡丹（Paeonia section Moutan DC.）是一種原產(chǎn)于我國的重要經(jīng)濟(jì)植物，其在觀賞和藥用等方面已有2000多年的栽培歷史。過去十年，牡丹種子油由于高含量的不飽和脂肪酸含量而引起越來越多的關(guān)注，特別是亞油酸（~25%）和α-亞麻酸（~45%），這些都是人體必需脂肪酸。由于這些原因，牡丹是一種在世界范圍內(nèi)潛在的有價(jià)值的油料作物。然而，轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控牡丹種子油脂積累的機(jī)理和種子油脂中α-亞麻酸高效積累的機(jī)制尚不清楚。

 

　　2023年4月14日，The Plant Journal在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院張延龍課題組題為“The tree peony nuclear factor Y transcription factor PrNF-YC2 promotes seed oil accumulation”的研究論文。該研究報(bào)道了一個(gè)NF-Y家族的PrNF-YC2轉(zhuǎn)錄因子，結(jié)合功能研究及其參與的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)機(jī)制，證實(shí)PrNF-YC2對促進(jìn)牡丹種子油脂積累發(fā)揮重要作用。

 

　　本研究發(fā)現(xiàn)，PrNF-YC2在種子中優(yōu)勢表達(dá)，相關(guān)性分析表明其表達(dá)與油脂積累量呈正相關(guān)。PrNFYC2的過表達(dá)和沉默分別增加和降低了油脂含量和參與油脂合成的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)水平。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PrNF-YC2可以直接激活PrLEC1和PrABI3，并通過募集PrLEC1間接激活PrFUS3和PrWRI1。此外，與PrLEC1的相互作用也增強(qiáng)了PrNF-YC2激活PrLEC1和PrABI3的能力。這四個(gè)油脂積累中主要調(diào)節(jié)因子的激活促進(jìn)了參與油脂合成的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)了種子油脂的積累（圖1）。本研究解析了牡丹PrNF-YC2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控種子油脂積累的機(jī)理，也為種子油積累的調(diào)節(jié)機(jī)制提供了新的見解。

 

　　2023年5月19日，Horticulture Research在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院張延龍課題組題為“Integrative lipidomics profile uncovers the mechanisms underlying high-level α-linolenic acid accumulation in Paeonia rockii seeds”的研究論文。該研究報(bào)道了通過結(jié)合脂質(zhì)組學(xué)分析牡丹種子發(fā)育過程中脂質(zhì)組分的動態(tài)變化，鑒定了參與脂肪酸轉(zhuǎn)移到油脂sn-3位置的?；D(zhuǎn)移酶的脂肪酸偏好性等基本特性以及生物學(xué)功能，揭示了PrPDAT2優(yōu)先促進(jìn)α-亞麻酸積累到牡丹種子油脂中。

 

　　本研究中，我們在紫斑牡丹種子中共鑒定到760個(gè)脂質(zhì)分子，并將其分為六類，包括甘油脂質(zhì)、甘油磷脂、糖脂、鞘脂、異戊二烯脂質(zhì)和脂肪酰基。這些脂質(zhì)化合物被進(jìn)一步分為27個(gè)亞類，其中TAG分子是最豐富和最多樣的亞類。TAG分子的種類和含量隨著種子發(fā)育而增加，在種子成熟時(shí)達(dá)到峰值，而且在整個(gè)種子發(fā)育過程中，α-亞麻酸是TAG中的主要脂肪酸。我們進(jìn)一步從紫斑牡丹種子中分離到總共5個(gè)二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶基因，功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了它們具有不同的脂肪酸轉(zhuǎn)移偏好，結(jié)合多種生物學(xué)功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)PrPDAT2優(yōu)先促進(jìn)α-亞麻酸在籽油中的積累（圖2）。本研究揭示了PrDGAT1和PrPDAT2參與牡丹種子油脂中α-亞麻酸高效積累的機(jī)制，并且為牡丹及其它油料作物育種提供了新的基因資源。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad106

 

　　風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院張延龍、牛立新教授和張慶雨老師為通訊作者，博士研究生楊偉宗為第一作者。以上研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31971690, 31901357, 31972453）資助。