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Nat Communi 新发现!突变一个基因,让植物叶片也产油
来源:iPlants 发布时间:2021-06-21

Nature Communicatons杂志在线发表了来自美国密苏里大学哥伦比亚分校Jay J. Thelen课题组题为“Docking of acetyl-CoA carboxylase to the plastid envelope membrane attenuates fatty acid production in plants”的研究论文。该研究找到了一种方法来促进植物叶片中三酰甘油(植物油的主要成分)的生产,该技术可以使生产者从大片叶中收获到植物油!

植物油是食物、可再生能源和工业原料的重要来源。随着对该商品需求的稳定增长,改良油料作物的开发已成为农艺学上的优先重点。油脂的生物合成始于质体中的从头脂肪酸合成(FAS)途径。如此获得的酰基链最终被酯化为甘油,生成三酰基甘油(TAGs),这是植物中储存脂质的主要形式。

FAS的总速率会随着光/暗周期的变化而振荡,在光照时增加,而在黑暗时减少。通过调节乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)部分实现FAS的光依赖性控制,该酶催化FAS的第一步,即由乙酰辅酶A和碳酸氢根形成ATP依赖性的丙二酰辅酶A。在双子叶植物和非糖单子叶植物的质体中,ACCase的主要形式是多亚基复合物(htACCase),由四个不同的亚基组成。然而,植物如何控制光依赖性FAS调节以满足细胞对酰基链的需求的机制仍然知之甚少!

 该研究鉴定一个编码与ACCase的α-羧基转移酶(α-CT)亚基相互作用,并参与光抑制FAS的羧基转移酶相互作用物(CTI)基因家族,该基因家族包括三种质膜蛋白,参与新生FAS的调节。光可以通过促进α-CT与CTI之间的相互作用同时减弱FAS,从而反过来抑制htACCase活性并随后抑制脂肪酸合成,说明该基因家族负调节拟南芥叶片中的脂肪酸产生。

进一步通过基因编辑手段,将CTI基因都敲除后表现出较高的FAS率,并且叶片中绝对三酰甘油水平显着提高,比野生型植物高四倍以上。此外,FAS的主要转录调节因子WRINKLED1可以正向调节CTI1通过直接与其启动子结合而表达。这项研究表明,除光依赖性激活外,ACCase还可以在植物生命周期内微调脂肪酸供应。

综上,该研究表明突变CTI基因家族可以促进植物叶片中三酰甘油(植物油的主要成分)的生产,使生产者从大片叶中收获植物油。例如,可以将高粱作为植物油的双重来源,创造出更高效,更有价值的作物。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20014-5



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