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我室揭示油料作物Jojoba种子中蜡酯合成机制

信息来源:     发布时间:2020-03-12

3月11日,Science Advances在线发表了题为“The genome of jojoba (Simmondsia chinensis): a taxonomically-isolated genome that directs wax-ester accumulation in its seeds”的研究论文,该研究由我室油菜团队、生物信息团队联合国外5家单位合作完成。研究公布了油料作物Jojoba的高质量参考基因组,解析了Jojoba种子中蜡酯的合成途径,为挖掘和利用蜡酯合成的关键基因打下了基础。

Jojoba是雌雄异株植物,原产于北美沙漠地区,其种子油的主要成分是液体蜡酯,由碳链长度为C20-C24的脂肪醇和脂肪酸的酯化物组成。Jojoba是目前已知的唯一可以合成液体蜡酯的油料植物,也是唯一能替代鲸油的植物油。Jojoba油与人体皮脂具有高度的相容性,能促进皮肤保留水分,因此它受到化妆品行业的高度青睐。此外,Jojoba油在高温、高压下稳定度高,被广泛应用于机械润滑、消泡、防磨损、防锈及抗氧化等方面。由于Jojoba种子含油量高、液体蜡酯的经济价值高、植物自身具有耐高温及抗旱的特性,目前已被美国、以色列、秘鲁、阿根廷、澳大利亚和印度等国商业化种植。

过去十余年,科学家通过转基因手段在油菜、亚麻芥等油料作物种子中合成Jojoba蜡酯,但这些油料作物种子中积累的蜡酯含量较低,且转基因植物种子的萌发率低;Jojoba的种子中蜡脂占总含油量的95%以上,种子仍可正常萌发,这暗示着Jojoba种子中蜡酯的合成、储存及降解存在特殊的机制。但参考基因组的缺乏限制了Jojoba种子中蜡酯合成相关机制的解析。

该研究采用PacBio、Illumina和Hi-C测序相结合的方法组装和注释了Jojoba高质量参考基因组。分析比较基因组可知Jojoba经历了双子叶植物共有的基因组三倍化过程。基质辅助激光解吸电离-质谱成像仪(MALDI-MSI)对Jojoba种子的脂质分布进行了分析,结果表明蜡酯主要富集在种子的子叶中,而少量的三酰甘油主要富集在种子的胚轴。参与蜡酯合成相关基因脂肪酰基-CoA延长酶1基因(ScFAE1)、脂肪酸还原酶基因(ScFAR)和蜡酯合成酶基因(ScWS)在子叶中表达量远高于胚轴中的表达量,同时二酰甘油酰基转移酶(DGAT)在子叶中的表达量远低于其在胚轴中的表达量。编码脂肪酸合成和油脂储存相关蛋白的基因均偏向于在子叶中高表达。这些基因在空间上的表达差异可能是造成蜡酯及三酰甘油在Jojoba种子中存在明显分布差异的主要原因。Jojoba参考基因组的发布为Jojoba遗传改良提供了重要资源,其蜡酯合成机制的解析也为通过生物学的方法在其他油料种子中生产蜡酯打下了重要基础。

论文链接https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaay3240


 


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