西南大学在​质体膜蛋白在油料植物种子油脂积累的分子机制取得重要进展

来源：植物科学最前沿

提高油料植物的油脂累积量是研究植物脂类代谢机制的核心问题之一。近日，西南大学罗克明教授课题组在Plant Physiology期刊上在线发表了题目为“Two novel plastid fatty acid exporters contribute to seed oil accumulation in Arabidopsis”的研究论文。该论文系统报道了植物体内的质体膜蛋白FAX2和FAX4可以特异性的在种子细胞中将脂肪酸输出到细胞质中，从而调控种子中油脂累积的作用机制。

植物油脂的主要组分三酰甘油(TAG, Triacylglycerol)是由不同类型的脂肪酸组合而成。种子中的三酰甘油的合成起点是质体中合成的C16和C18脂肪酸。这些脂肪酸可以输出到质体外，从而进一步通过酰基化反应等步骤，在内质网中合成TAG等脂类组分，另一部分保留在质体内的脂肪酸在质体内用于PG, MGDG等膜脂的合成。此前的研究表明，植物体内的叶绿体内膜蛋白FAX1（FATTY ACID EXPORT 1）具有将脂肪酸跨膜输出到叶绿体外的功能 (Li et al., 2015，PLoS Biology；Li et al., 2016, Trends in Plant Science)。但是FAX1主要在叶片等组织中大量表达，对种子中油脂的累积作用甚微。

该项研究发现拟南芥体内FAX2和FAX4可在种子形成过程中特异性大量表达。FAX2和FAX4功能缺失突变体(fax2, fax4, fax2fax4)均会导致胚胎和子叶发育受阻。与野生型植物相比，fax2fax4双突变体种子的TAG含量显着降低，但质体中的脂质PG、MGDG等含量却显著升高。相比之下，FAX2或FAX4的过量表达均显著增强TAG在种子中的累积。同位素14C标记实验表明，两种FAX蛋白在种子中油脂累积阶段均参与了14C-质体脂肪酸的转运。进一步通过外源添加13C-油酸，发现在野生型植株种子中13C-TAG含量显著高于fax2fax4突变体种子。该研究表明，在种子胚发育过程中，FAX2和FAX4通过转运质体中脂肪酸，促进了TAG的生物合成。 这两种转运蛋白可广泛用于提高油料作物的油脂产量，为将来选育具有高含油量的油料作物新品种提供了重要理论依据。

西南大学生命科学学院罗克明教授为论文通讯作者，资源环境学院李楠楠教授为论文第一作者，华中农业大学郭亮教授课题组和中国科学院遗传与发育研究所左建儒研究员课题组也参与了该项研究工作。该项研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。

另据悉，西南大学该研究团队在近年来围绕木材发育、次生代谢调控和油脂合成等领域，已经分别在PLoS Biology、New Phytologist、Plant Physiology、 Plant Journal、Trends in Plant Science等国际主流期刊发表10多篇论文。

论文链接：

http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/02/04/pp.19.01344