澳洲5号

科學研究

陳慶山課題組在大豆油脂合成研究中取得新進展

來源 : 發(fa)布(bu)日期: 2021-03-29點擊量:

大豆是世界上重要的糧油(you)經濟作物,為人類生活(huo)提供所需的植物蛋白(bai)和食物油(you)。三酰(xian)甘油(you) (Triacylglycerol, TAG) 是大豆油(you)分(fen)的主要貯存形式,它(ta)可應用于輕工業和生物燃料等(deng)領(ling)域。TAG的生物合成是以三磷酸甘(gan)油 (Glycerol-3-phosphate, G3P) 為前體物(wu)質(zhi),在內質(zhi)網酰基(ji)轉移酶作用(yong)下通過三步酰化反應而(er)生成,此過程被稱(cheng)為G3P途徑 (亦稱Kennedy途徑)。在高等植物中(zhong),G3P可(ke)由(you)3-磷酸甘油脫氫酶 (G3P Dehydrogenase, GPDH) 催化糖酵解途徑(jing)產(chan)生的磷酸二羥丙酮(DHAP) 生(sheng)成(cheng)。目(mu)前除了模式植物擬南芥和一些(xie)藻類,GPDH基(ji)因(yin)家族(zu)在其他(ta)(ta)高等植物(wu)中研究報道較少,對他(ta)(ta)們的功能尚缺乏全面深入的了解。

JIPB近日在線發表(biao)了(le)澳洲5號陳慶山課題(ti)組題(ti)為“Enhanced production of seed oil with improved fatty acid compositionby overexpressing NAD+-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase in soybean”(http://doi.org/10.1111/jipb.13094)的研究論文。該研究發現大豆GPDHp1基因(yin)參與(yu)發生(sheng)于質體的原核途徑和內(nei)質網的真(zhen)核途徑的脂質合成過(guo)程,并通過(guo)增加(jia)G3P途徑生成的二酰甘油(you) (de novo DAG),從而提(ti)高 TAG C18:1脂肪酸的含量。

陳(chen)慶山課題組研(yan)究發(fa)現GmGPDHp1編碼(ma)的蛋白具有NAD+-GPDH催(cui)化(hua)功能,過量表達該(gai)基因可以(yi)促進大豆G3P的生物合成,進而(er)提高(gao)子(zi)粒油分含(han)量(liang),其中(zhong)不飽和(he)脂肪(fang)酸(suan)含(han)量(liang)增加最為明顯,尤其是油酸(suan) (C18:1)。通(tong)過脂質(zhi)組檢測,發現過表達株系中G3P含量的上(shang)升(sheng)顯著增(zeng)加了(le)種子中DAG的生成,其中de novo DAG增加最多,其次是磷脂酰膽堿衍生的DAG (PC-derived DAG),從而提高TAGC18:1的比例(li)。此外,G3P可作為一種信號分子(zi)參與(yu)調控(kong)原核(he)途徑和真核(he)途徑的脂質合成相關基(ji)因的表(biao)達,如編碼Kennedy途徑關鍵酶的基因(yin)在過表達株系中明顯上調。這些結(jie)果(guo)揭示了GmGPDHp1介導的(de)G3P代(dai)謝在提(ti)高油脂含量及改(gai)善脂肪(fang)酸組分中(zhong)的關(guan)鍵(jian)作用,為全(quan)面、深入解析植物GPDH基(ji)因家(jia)族的功能(neng)提供(gong)了新的理論依據(ju)。

陳慶山(shan)課題組近年(nian)來在大豆(dou)品質研究中(zhong)取得了一系列(lie)進展(zhan),解析了大豆(dou)子粒發育過程中(zhong)蛋(dan)白質及油分合(he)成的調控網絡(luo)及關鍵基因 (Qi et al., Plant Cell & Environment),以及完(wan)成多年多點貯藏蛋白組(zu)分QTL 定位等 (Huang et al., J Agr Food Chem)。這篇論文為進一步(bu)探明大豆油脂合成及(ji)脂肪酸組成的(de)分子調控機制提供(gong)重要參照信(xin)息。博(bo)士后趙瑩和研究生曹盼(pan)、崔一凡為該論文的(de)第一作者(zhe),澳洲5號陳慶山教授、武小霞教授、齊照明副教授及(ji)黑(hei)龍江(jiang)八一農墾大學徐(xu)晶宇教授為共同通訊作者(zhe)。該研究得到了國家重點(dian)研發計劃(hua)及(ji)國家自然科學基金等資助。

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