西北农林科技大学风景园林艺术学院张延龙教授团队在牡丹种子高水平α-亚麻酸积累机制方面取得新进展

近日，西北农林科技大学风景园林艺术学院张延龙课题组接连在The Plant Journal和Horticulture Research发表2篇研究论文，在解析牡丹PrNF-YC2转录因子调控种子油脂积累机理方面以及在研究牡丹种子中高水平α-亚麻酸积累的机制方面取得新进展。
 
　　牡丹（Paeonia section Moutan DC.）是一种原产于我国的重要经济植物，其在观赏和药用等方面已有2000多年的栽培历史。过去十年，牡丹种子油由于高含量的不饱和脂肪酸含量而引起越来越多的关注，特别是亚油酸（~25%）和α-亚麻酸（~45%），这些都是人体必需脂肪酸。由于这些原因，牡丹是一种在世界范围内潜在的有价值的油料作物。然而，转录因子在调控牡丹种子油脂积累的机理和种子油脂中α-亚麻酸高效积累的机制尚不清楚。
 
　　2023年4月14日，The Plant Journal在线发表了西北农林科技大学风景园林艺术学院张延龙课题组题为“The tree peony nuclear factor Y transcription factor PrNF-YC2 promotes seed oil accumulation”的研究论文。该研究报道了一个NF-Y家族的PrNF-YC2转录因子，结合功能研究及其参与的网络调节机制，证实PrNF-YC2对促进牡丹种子油脂积累发挥重要作用。
 
　　本研究发现，PrNF-YC2在种子中优势表达，相关性分析表明其表达与油脂积累量呈正相关。PrNFYC2的过表达和沉默分别增加和降低了油脂含量和参与油脂合成的结构基因的表达水平。进一步实验发现，PrNF-YC2可以直接激活PrLEC1和PrABI3，并通过募集PrLEC1间接激活PrFUS3和PrWRI1。此外，与PrLEC1的相互作用也增强了PrNF-YC2激活PrLEC1和PrABI3的能力。这四个油脂积累中主要调节因子的激活促进了参与油脂合成的结构基因的表达，从而促进了种子油脂的积累（图1）。本研究解析了牡丹PrNF-YC2转录因子调控种子油脂积累的机理，也为种子油积累的调节机制提供了新的见解。
 
　　2023年5月19日，Horticulture Research在线发表了西北农林科技大学风景园林艺术学院张延龙课题组题为“Integrative lipidomics profile uncovers the mechanisms underlying high-level α-linolenic acid accumulation in Paeonia rockii seeds”的研究论文。该研究报道了通过结合脂质组学分析牡丹种子发育过程中脂质组分的动态变化，鉴定了参与脂肪酸转移到油脂sn-3位置的酰基转移酶的脂肪酸偏好性等基本特性以及生物学功能，揭示了PrPDAT2优先促进α-亚麻酸积累到牡丹种子油脂中。
 
　　本研究中，我们在紫斑牡丹种子中共鉴定到760个脂质分子，并将其分为六类，包括甘油脂质、甘油磷脂、糖脂、鞘脂、异戊二烯脂质和脂肪酰基。这些脂质化合物被进一步分为27个亚类，其中TAG分子是最丰富和最多样的亚类。TAG分子的种类和含量随着种子发育而增加，在种子成熟时达到峰值，而且在整个种子发育过程中，α-亚麻酸是TAG中的主要脂肪酸。我们进一步从紫斑牡丹种子中分离到总共5个二酰甘油酰基转移酶基因，功能互补实验发现了它们具有不同的脂肪酸转移偏好，结合多种生物学功能验证发现PrPDAT2优先促进α-亚麻酸在籽油中的积累（图2）。本研究揭示了PrDGAT1和PrPDAT2参与牡丹种子油脂中α-亚麻酸高效积累的机制，并且为牡丹及其它油料作物育种提供了新的基因资源。
 
　　原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad106
 
　　风景园林艺术学院张延龙、牛立新教授和张庆雨老师为通讯作者，博士研究生杨伟宗为第一作者。以上研究得到国家自然科学基金项目（31971690, 31901357, 31972453）资助。




日期：2023-08-09