7月12日，西北農(nóng)林科技大學(xué)聯(lián)合華南師范大學(xué)、美國蒙大拿州立大學(xué)在《Plant Biotechnology Journal》發(fā)表了題為“Creating ultra-high linolenic acid camelina by co-expressing AtFAD2sm with synonymous mutations and BnFAD3 in the fae1 mutant”的研究論文，成功開發(fā)出α-亞麻酸（ALA, 18:3）含量最高達(dá)69.5%的亞麻薺（Camelina sativa）新種質(zhì)，創(chuàng)下油料作物ω-3脂肪酸含量的新紀(jì)錄！該成果為解決人類膳食中ω-3/ω-6脂肪酸嚴(yán)重失衡問題提供了創(chuàng)新性方案。該研究第一作者為農(nóng)學(xué)院博士生李娜，通訊作者為張猛教授。

 

　　α-亞麻酸是人體必需的歐米伽3多不飽和脂肪酸，對預(yù)防心血管疾病、炎癥和癌癥至關(guān)重要?，F(xiàn)代植物油工業(yè)為延長保質(zhì)期，普遍培育高油酸/低亞麻酸品種，導(dǎo)致膳食中ω-6/ω-3比例嚴(yán)重失調(diào)（典型飲食比例達(dá)15:1，遠(yuǎn)高于理想值1-4:1）。油料作物種子中亞麻酸合成需要Δ12-去飽和酶（FAD2）和Δ15-去飽和酶（FAD3）相繼催化形成，然而，自該兩種基因功能鑒定30余年來，其在亞麻酸改良上遇到了諸多障礙。其中最主要的問題是FAD2的轉(zhuǎn)基因共抑制問題（Du等，2019）。為改善油料作物亞麻酸含量，該團(tuán)隊(duì)提出三重創(chuàng)新策略：1）雙酶協(xié)同表達(dá)：引入經(jīng)同義突變優(yōu)化的擬南芥Δ12-去飽和酶基因AtFAD2sm（克服轉(zhuǎn)基因沉默），疊加甘藍(lán)型油菜Δ15-去飽和酶基因BnFAD3；2）時(shí)空精準(zhǔn)調(diào)控：采用種子特異性啟動(dòng)子（Phaseolin）確保酶在種子發(fā)育期高效表達(dá)；3）阻斷競爭通路：利用基因編輯敲除脂肪酸延長酶基因FAE1，阻止油酸（18:1）向超長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)化，使代謝流定向涌向ALA合成（前期研究證實(shí)此突變不影響作物生長）。

 

　　該研究在全基因同義突變（FAD2sm）可以有效克服FAD2轉(zhuǎn)基因共抑制的研究基礎(chǔ)上，在擬南芥野生型上聯(lián)合表達(dá)BnFAD3。在確定可行性后，進(jìn)而在野生型亞麻薺中聯(lián)合表達(dá)，將亞麻酸含量從30%提高到50%。進(jìn)而在擬南芥fae1突變體中阻斷脂肪酸延遲通路后，聯(lián)合表達(dá)FAD2sm和BnFAD3，可以將亞麻酸含量從20%提高到50%。最后，在基因編輯的亞麻薺fae1突變體中，共表達(dá)AtFAD2sm+BnFAD3實(shí)現(xiàn)亞麻酸含量68.3%（OE 5-1株系），較野生型（31.1%）提升120%，較單過表達(dá)FAD3的對照（50%）提升39.4%。更為重要的是，亞麻酸含量穩(wěn)定遺傳至T4代，含量保持在65.1–69.5%，并且超高亞麻酸的積累沒有影響種子含油量、千粒重和發(fā)芽率等農(nóng)藝性狀，該材料可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)，并且可以將該方案應(yīng)用于其油料作物亞麻酸的改良。該成果顯著優(yōu)于此前報(bào)道的亞麻薺ALA紀(jì)錄（50%，Park et al. 2023）及油菜最高值（53%，Liu et al. 2024）。

 

　　這項(xiàng)研究完美詮釋了代謝工程‘開源節(jié)流’策略——通過阻斷競爭途徑釋放碳流，再以智能基因設(shè)計(jì)強(qiáng)化目標(biāo)通路，為油料作物精準(zhǔn)育種樹立新標(biāo)桿。該研究得到國家自然科學(xué)基金（32171837和32400256）的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70260