Journal of Advanced Research: 转录组关联研究为香榧仁油和脂肪酸的生物合成调控提供了新的思路

多年生经济乔木种子具有持续高产、稳产的特点，可合成药用和食用营养物质。但由于其复杂的遗传基础和数量性状，严重阻碍了其遗传改良。香榧是一种重要的经济树种，经济寿命长;有些树已经活了大约1600年，仍然结出许多核果状的果实，上面有坚果的种子。

由于其丰富的营养成分和生物活性成分，特别是多不饱和脂肪酸，其种子具有多种药用特性，包括抗氧化、抗炎和抗动脉粥样硬化。其中总不饱和脂肪酸和新发现的一种非亚甲基间断多不饱和脂肪酸(sciadonic acid)的含量分别在80%和10%以上。

由于其高营养成分和生物活性成分，仁在中国被用作食品和传统药物已有数千年的历史。然而，由于其广泛的分布、风媒传粉和品种的育种，中国大叶菊在形态上是可变的，并表现出相当大的籽粒品质差异，包括脂肪酸和油脂含量。因此，油分含量和脂肪酸组成的控制已成为育种和生物技术辅助改良的关键考虑因素。

植物种子中的油通常以三酰基甘油(TAGs)的形式储存，并由脂肪酸(FAs)合成。在质体中，C16:0、C18:0和C18:1酰基链FAs是由一系列酶合成的，包括乙酰辅酶a羧化酶(ACCase)、3-酮酰基- acp合成酶(KAS)、3-酮酰基- acp还原酶(KAR)、3-羟基酰基- acp脱水酶(HAD)和烯酰- acp还原酶(ENR)等。

然后，新生FAs通过一系列酶，如甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)、溶血磷脂酸酰基转移酶(LPAT)、二酰基甘油酰基转移酶(DGAT)和磷脂:二酰基甘油酰基转移酶(PDAT)，转移到内质网(ER)形成TAGs。

最后，一些油体相关蛋白，如油红蛋白(OLE)、caleosin (CLO)和steroleosin (SLO)与生成的标签结合形成油体。脂质合成的途径在一些有价值的树木中也得到了很好的理解。然而，由于研究滞后和研究方法的限制，尚未克隆出与树油自然变异有关的基因。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.01.007

近日，来自浙江农林大学的研究者们在Journal of Advanced Research杂志上发表了题为“Transcriptome-referenced association study provides insights into the regulation of oil and fatty acid biosynthesis in Torreya grandis kernel”的文章，该研究揭示了转录组关联研究为香榧仁油和脂肪酸的生物合成调控提供了新的思路。

大香榧（T. grandis）是紫杉科的裸子植物。作为一种重要的经济树种，它的仁是可食用的，富含高不饱和脂肪酸的油，如松香酸。然而，不同地方品种的籽粒脂肪酸和油脂含量存在差异。T. grandis作为裸子植物，对油脂生物合成是否有特殊的调控机制?本研究的目的是剖析大叶蝉脂肪酸和油脂含量的遗传结构及其潜在的机制。

群体间表型变异及性状间相关分析

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.01.007

研究者构建了一个高完整性的基因组表达区参考序列。并对170个不同地方品种大田葵籽粒的10个脂肪酸和油脂性状进行了转录组参考关联研究(TRAS)。为了证实TRAS结果，我们对石油显著相关基因进行了功能验证和分子生物学实验。

研究者从34个转录本中鉴定出41个snp，通过TRAS (?log10 (P)大于6.0)。结果表明，含LOB结构域蛋白40 (LBD40)和过量位点蛋白1 (SURF1)可能分别间接参与了油脂和坐骨酸的生物合成调控。

此外，过表达TgLBD40显著提高了种子含油量。TRAS发现的TgLBD40编码区的非同义变异可以改变植物的含油量。Pearson相关分析和双荧光素酶检测表明，TgLBD40通过影响油脂生物合成途径基因TgDGAT1等正向促进油脂积累。

T. grandis群体遗传分析

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总之，研究者们的TRAS分析在没有参考基因组的物种中获得了数十个可能与感兴趣的性状相关的基因。虽然一些已鉴定的基因功能未知，但几乎所有其他基因都与油的生物合成没有直接关系。TgLBD40的功能验证结果表明，TRAS与转基因技术的结合为油籽品质相关新基因的快速鉴定提供了有力的工具。（生物谷 Bioon.com）

参考文献：

Heqiang Lou et al. Transcriptome-referenced association study provides insights into the regulation of oil and fatty acid biosynthesis in Torreya grandis kernel. J Adv Res. 2024 Aug:62:1-14. doi: 10.1016/j.jare.2023.01.007.