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近日，西北農(nóng)林科技大學風景園林藝術(shù)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(zhuǎn)錄因子調(diào)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(guān)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(nèi)潛在的有價值的油料作物。然而，轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)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(shù)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(zhuǎn)錄因子，結(jié)合功能研究及其參與的網(wǎng)絡(luò)調(diào)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(guān)性分析表明其表達與油脂積累量呈正相關(guān)。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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)因子的激活促進了參與油脂合成的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄因子調(diào)控種子油脂積累的機理，也為種子油積累的調(diào)節(jié)機制提供了新的見解。

圖1. PrNF-YC2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控種子油脂積累

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(shù)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(jié)合脂質(zhì)組學分析牡丹種子發(fā)育過程中脂質(zhì)組分的動態(tài)變化，鑒定了參與脂肪酸轉(zhuǎn)移到油脂sn-3位置的?；D(zhuǎn)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(zhì)分子，并將其分為六類，包括甘油脂質(zhì)、甘油磷脂、糖脂、鞘脂、異戊二烯脂質(zhì)和脂肪?；＿@些脂質(zhì)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?；D(zhuǎn)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(zhuǎn)移偏好，結(jié)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。

圖2. PrPDAT2優(yōu)先促進α-亞麻酸在籽油中的積累

風景園林藝術(shù)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。