我校揭示油料作物Jojoba种子中蜡酯合成机制
南湖新闻网讯(通讯员 鲁少平)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,该研究由我校油菜团队、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々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Ψ 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ζ 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。
Drew Sturtevant(德克萨斯大◇学)、鲁少平、周智伟和沈胤为共同第一作者,陈玲玲教授、Kent Chapman教授(德克萨斯大学)和郭亮教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中央高校基本科研专项资金及美国能源部物理生☉物科学计划的支持。
审核人:郭亮
论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaay3240
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