The Plant Cell | 植物中3-酮酰辅酶A合成酶4（KCS4）在多不饱和三酰甘在胁迫条件下积累中的关键作用

在环境压力下，植物生理代谢的微调对于适应环境和生存至关重要。植物可以通过改变代谢途径来调整其生理状态，并产生次生代谢物以应对环境压力。例如，当植物受到寒冷或干旱胁迫时，它们可以合成保护性物质如脯氨酸和可溶性糖以维持细胞膜完整性和水分平衡。此外，植物还可以产生抗氧化物质如类黄酮和多酚以对抗自由基损伤。代谢反应对植物信号传导和生理反应也产生深远影响。例如，植物可以通过合成激素来传递内部信号，调节其生长和发育。这些代谢物的生物合成和浓度受到压力依赖性的影响，并可以被激活以响应外部压力。近日以色列本·古里安大学Yariv Brotman课题组在The Plant Cell上发表了题为“Hello darkness, my old friend: 3-KETOACYL-COENZYME A SYNTHASE4 is a branch point in the regulation of triacylglycerol synthesis in Arabidopsis thaliana ”的研究论文。

该研究应用高温、黑暗或延长黑暗时间的方法，在近300个拟南芥（Arabidopsis thaliana）的种质资源中探究碳限制下脂类重塑过程。研究发现，3-酮酰辅酶A合成酶4（KCS4）的自然等位基因变异是决定多不饱和三酰甘油（puTAGs）在胁迫条件下积累的关键因素。证实了KCS4在内质网中的功能性，并对C22和C24饱和脂肪酰辅酶具有特异性。KCS4等位基因的差异在VLCFA合成、叶蜡覆盖、puTAG积累和生物量中扮演着不同的作用。此外，KCS4所在的区域受到高选择压，并且与拟南芥种质资源所处环境参数相关。揭示了KCS4在碳限制下决定叶绿体膜脂类释放的脂肪酸后续命运的关键作用。

研究表明，携带优异等位基因的杂交种不仅显示出更高水平的VLCFA衍生的角质蜡，而且其叶片和茎的表面也比普通品种更加光滑。这些表面特征的改变使得植物能够更有效地保护自身免受环境胁迫的影响，如干旱、病虫害和紫外线辐射等。

在高温和黑暗（HD）或长时间的黑暗（3D，6D）条件下，植物缺乏脂肪酸（FA）的新生合成，导致叶绿体类囊体中的半乳糖脂（MGDG和DGDG）降解。然后，游离脂肪酸（FFAs）被导出到内质网（FA-CoA池），其中KCS4定位并作为FA命运的分支点，将饱和脂肪酸引导到VLCFA延伸并将平衡倾向于更高的多不饱和/饱和脂肪酸比例以进行puTAG积累。在应激下，KCS4（Met）可以高效地将饱和FA从Acyl-CoA池引导到角质蜡中，因为它们比KCS4（Thr）的表现出更高的角质蜡积累。此外，KCS4（Met）的多不饱和TAG（puTAGs）水平比KCS4（Thr）的水平更高，因为多不饱和/饱和FA比例增加导致多不饱和FA更多地进入TAG形成。由延长酶复合物（在这里由KCS4，KCR，HCD，ECR等示例）产生的VLCFA-CoA在HD下增加了角质蜡，或直接作为在过氧化物体中降解的碳源。而puTAGs则首先在脂质体中积累。然后，脂肪酸酯酶（SDP1）的作用释放出脂肪酸（FFAs），进一步导入到过氧化物体进行β-氧化。

除此之外，研究还发现这些携带优异等位基因的杂交种在低温和高盐环境下表现出更强的适应性，这说明VLCFA的生物合成途径可能与植物的逆境适应机制有关。这些发现不仅有助于我们更深入地了解植物的生长发育和逆境适应机制，也为培育更加耐旱、抗病虫害和适应极端环境的植物品种提供了新思路和方法。

链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koad059

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！