近日，西北農(nóng)林科技大學風景園林藝術學院張延龍課題組接連在The Plant Journal和Horticulture Research發(fā)表2篇研究論文，在解析牡丹PrNF-YC2轉錄因子調控種子油脂積累機理方面以及在研究牡丹種子中高水平α-亞麻酸積累的機制方面取得新進展。

 

　　牡丹（Paeonia section Moutan DC.）是一種原產(chǎn)于我國的重要經(jīng)濟植物，其在觀賞和藥用等方面已有2000多年的栽培歷史。過去十年，牡丹種子油由于高含量的不飽和脂肪酸含量而引起越來越多的關注，特別是亞油酸（~25%）和α-亞麻酸（~45%），這些都是人體必需脂肪酸。由于這些原因，牡丹是一種在世界范圍內潛在的有價值的油料作物。然而，轉錄因子在調控牡丹種子油脂積累的機理和種子油脂中α-亞麻酸高效積累的機制尚不清楚。

 

　　2023年4月14日，The Plant Journal在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學風景園林藝術學院張延龍課題組題為“The tree peony nuclear factor Y transcription factor PrNF-YC2 promotes seed oil accumulation”的研究論文。該研究報道了一個NF-Y家族的PrNF-YC2轉錄因子，結合功能研究及其參與的網(wǎng)絡調節(jié)機制，證實PrNF-YC2對促進牡丹種子油脂積累發(fā)揮重要作用。

 

　　本研究發(fā)現(xiàn)，PrNF-YC2在種子中優(yōu)勢表達，相關性分析表明其表達與油脂積累量呈正相關。PrNFYC2的過表達和沉默分別增加和降低了油脂含量和參與油脂合成的結構基因的表達水平。進一步實驗發(fā)現(xiàn)，PrNF-YC2可以直接激活PrLEC1和PrABI3，并通過募集PrLEC1間接激活PrFUS3和PrWRI1。此外，與PrLEC1的相互作用也增強了PrNF-YC2激活PrLEC1和PrABI3的能力。這四個油脂積累中主要調節(jié)因子的激活促進了參與油脂合成的結構基因的表達，從而促進了種子油脂的積累（圖1）。本研究解析了牡丹PrNF-YC2轉錄因子調控種子油脂積累的機理，也為種子油積累的調節(jié)機制提供了新的見解。

 

　　2023年5月19日，Horticulture Research在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學風景園林藝術學院張延龍課題組題為“Integrative lipidomics profile uncovers the mechanisms underlying high-level α-linolenic acid accumulation in Paeonia rockii seeds”的研究論文。該研究報道了通過結合脂質組學分析牡丹種子發(fā)育過程中脂質組分的動態(tài)變化，鑒定了參與脂肪酸轉移到油脂sn-3位置的?；D移酶的脂肪酸偏好性等基本特性以及生物學功能，揭示了PrPDAT2優(yōu)先促進α-亞麻酸積累到牡丹種子油脂中。

 

　　本研究中，我們在紫斑牡丹種子中共鑒定到760個脂質分子，并將其分為六類，包括甘油脂質、甘油磷脂、糖脂、鞘脂、異戊二烯脂質和脂肪?；＿@些脂質化合物被進一步分為27個亞類，其中TAG分子是最豐富和最多樣的亞類。TAG分子的種類和含量隨著種子發(fā)育而增加，在種子成熟時達到峰值，而且在整個種子發(fā)育過程中，α-亞麻酸是TAG中的主要脂肪酸。我們進一步從紫斑牡丹種子中分離到總共5個二酰甘油酰基轉移酶基因，功能互補實驗發(fā)現(xiàn)了它們具有不同的脂肪酸轉移偏好，結合多種生物學功能驗證發(fā)現(xiàn)PrPDAT2優(yōu)先促進α-亞麻酸在籽油中的積累（圖2）。本研究揭示了PrDGAT1和PrPDAT2參與牡丹種子油脂中α-亞麻酸高效積累的機制，并且為牡丹及其它油料作物育種提供了新的基因資源。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad106

 

　　風景園林藝術學院張延龍、牛立新教授和張慶雨老師為通訊作者，博士研究生楊偉宗為第一作者。以上研究得到國家自然科學基金項目（31971690, 31901357, 31972453）資助。