Hortic Res | 西北农林科技大学在牡丹种子高水平α-亚麻酸积累机制方面取得新进展

牡丹（Paeonia section Moutan DC.）为中国传统名花，芍药科芍药属，是一种药、赏多用型木本植物。牡丹籽含有丰富的不饱和脂肪酸，尤其是α-亚麻酸（～45％）与亚油酸（～25％）。α-亚麻酸（ALA），属于不饱和脂肪酸，由植物合成，对人体的营养与健康至关重要。在自然界中，大多数植物中α-亚麻酸含量较低，因此近些年来牡丹作为一种新型木本油料作物而备受关注。以往对α-亚麻酸积累的研究主要集中在模式植物上，而对牡丹种子油脂中α-亚麻酸高效积累的机制并不清楚。

2023年7月，Horticulture Research 在线发表了西北农林科技大学题为Integrative lipidomics profile uncovers the mechanisms underlying high-level α-linolenic acid accumulation in Paeonia rockii seeds研究论文。

西北农林科技大学张延龙课题组基于UHPLC-MS/MS对紫斑牡丹种子发育过程中的脂质组学特征进行分析，及采用质控（QC）重复度对数据进行评价，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（图1）。后这些脂质化合物被进一步分为27个亚类，结果显示TAG分子是最丰富和最多样的亚类。此外发现牡丹种子中TAG分子含量优于大豆、花生、芝麻和油菜籽含量。在此基础上通过PLS-DA法对紫斑牡丹种子发育过程中脂质组学特征的差异进行分析，找出了两种主要驱动成分因素：TAG与DAG。研究表明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 sn- 3位点的主要脂肪酸。接着进一步研究发现，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PrDGAT1、 PrDGAT2、 PrPDAT1-2和PrPDAT2。通过基因的功能互补分析表明了它们在 TAG 合成中的作用以及它们不同的脂肪酸转移偏好特性。生物学实验进一步表明，PrDGAT1、PrDGAT2、PrPDAT1-2和 PrPDAT2 均促进转基因本塞姆氏烟草叶片和稳定转基因拟南芥种子中的油脂积累，其中 PrPDAT2 优先将 ALA 积累到油中，这也通过紫斑牡丹中的基因沉默得到证实（图2）。总之，本研究为牡丹种子中高水平 ALA 积累的潜在机制提供了新的见解，揭示了PrDGAT1和PrPDAT2促进种子油中ALA的积累，强调了PrPDAT2的主导作用，并且为牡丹及其他油料作物育种提供新的基因资源。

图1 紫斑牡丹种子发育过程中脂质变化图

图2 PrPDAT2优先促进α-亚麻酸在籽油中的积累

西北农林科技大学博士研究生杨伟宗为该论文第一作者，风景园林艺术学院张庆雨老师为通讯作者。风景园林艺术学院牡丹课题组张延龙教授、牛立新教授对该研究做出重要贡献，博士研究生辛梓葳、翟宇慧也参与了该项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目（31971690, 31901357, 31972453）的资助支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad106‍

转自：“园艺研究”微信公众号

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