2022年4月4日 理化研究所 發(fā)現(xiàn)合成種子油的新代謝途徑-期待應(yīng)用于創(chuàng)造生物燃料的代謝改變技術(shù)- 理化研究所(理研)環(huán)境資源科學(xué)研究中心植物脂質(zhì)研究小組的中村友輝小組組長等國際聯(lián)合研究小組發(fā)現(xiàn)了合成種子油主要成分三?；视? TAG ) [1]的新代謝途徑。 本研究成果有望為植物內(nèi)大量生產(chǎn)生物柴油[2]等原料的代謝工程[3]做出貢獻(xiàn)。 TAG由構(gòu)成細(xì)胞膜的最主要磷脂磷脂酰膽堿( PC )合成，但第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何轉(zhuǎn)化為TAG尚不清楚。 這次，國際聯(lián)合研究小組著眼于酵母和人的肝臟中存在將PE直接轉(zhuǎn)換為PC的酶，使用模型植物擬南芥[4]發(fā)現(xiàn)了起同樣作用的酶PLMT[5]。 用植物體過量生產(chǎn)PLMT后，種子的TAG含量最大為每干重20%左右。 另一方面，也發(fā)現(xiàn)過量生產(chǎn)PLMT會阻礙葉子等的生長，表明該代謝途徑可能專門用于種子的TAG合成。 這些結(jié)果表明，PLMT通過將PE轉(zhuǎn)化為PC參與了種子的TAG合成。 本研究發(fā)表在科學(xué)雜志《實驗植物學(xué)雜志》在線版( 4月1日)上。 背景 種子油的主要成分三?；视? TAG )不僅對植物的生長和生長很重要，而且作為生物柴油等生物燃料[2]的原料被應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)。 隨著種子的生長，TAG由構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂合成。 迄今為止，最主要的磷脂磷脂酰膽堿( PC )轉(zhuǎn)化為TAG的代謝機(jī)制已被仔細(xì)研究，但第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何轉(zhuǎn)化為TAG尚不清楚。 研究方法和成果 國際聯(lián)合研究小組首先著眼于酵母和人類的肝臟等中存在將PE轉(zhuǎn)換為PC的酶，使用模型植物的擬南芥，明確了在植物中也會發(fā)生同樣的反應(yīng)。 其次，制作了過量產(chǎn)生催化該反應(yīng)的酶PLMT的植物體時，種子的TAG含量每干燥重量最多增大到了20%左右。 另一方面，發(fā)現(xiàn)過量生產(chǎn)PLMT會阻礙葉子等的生長，表明該代謝途徑可能是專門用于種子TAG合成的機(jī)制。 這些結(jié)果表明，種子可能是通過使用PLMT將PE轉(zhuǎn)化為PC來有效合成TAG的(下圖)。
迄今為止已知的TAG合成路徑(左)和這次新發(fā)現(xiàn)的路徑的圖 
最主要磷脂磷脂酰膽堿( PC )通過一步或中間產(chǎn)物二?；视? DAG )的兩步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為TAG。 另一方面，第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何轉(zhuǎn)化為TAG尚不清楚(左)。 此次發(fā)現(xiàn)的酶促PLMT新路徑表明，PE一旦轉(zhuǎn)化為PC，即可提供給TAG合成(右)。 今后的期待 這次，明確了將PE轉(zhuǎn)換為TAG的代謝途徑。 這有望為代謝工程建設(shè)新的方法，以更有效地將磷脂轉(zhuǎn)化為TAG，并有助于生物燃料等生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。 本研究成果顯示，在聯(lián)合國2016年制定的17個“可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)( SDGs ) [6]”中，“2 .杜絕饑餓”“3 .為所有人提供健康和福利”“13 .針對氣候變化制定具體對策”“15 .保護(hù)陸地的富裕程度” 補(bǔ)充說明 1 .三酰基甘油( TAG ) 也稱為甘油三酯。 是甘油骨架中三個長鏈脂肪酸酯鍵的脂質(zhì)化合物，不僅是種子油的主要成分，而且在動物細(xì)胞的油滴等中含量豐富。 由于沒有極性，所以不會成為生物膜的構(gòu)成成分，但由于具有能量儲存物質(zhì)等作用，作為生物燃料的原料也受到關(guān)注。 2 .生物柴油、生物燃料 由動植物等來源的生物資源制成的燃料稱為生物燃料，其中適合柴油發(fā)動機(jī)用燃料的稱為生物柴油。 TAG含有豐富的生物柴油原料脂肪酸甲酯。 3 .代謝工程 一種利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)任意改變生物代謝流程產(chǎn)生有用化合物的技術(shù)。 可以說是充分利用了生物所具有的能力的終極“制造”之一。 4 .擬南芥 十字花科的一年生植物。 因其基因組大小小、世代短、栽培方便、基因?qū)敕奖愕?，可作為種子植物的模式生物用于研究。 5 .酶PLMT 正式名稱為phospholipid n-methyl transferase。 是對磷脂的磷脂酰乙醇胺( PE )及其甲基化衍生物具有附加甲基活性的酶的總稱。 PE經(jīng)三次甲基化后，生成磷脂酰膽堿( PC )。 6 .可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)( SDGs ) 2015年9月聯(lián)合國峰會通過的《可持續(xù)發(fā)展2030議程》所載的2016-2030年國際目標(biāo)。 它由實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展世界的17個目標(biāo)、169個目標(biāo)組成，不僅是發(fā)展中國家，而且是發(fā)達(dá)國家自身致力的環(huán)球(普遍)，作為日本也在積極進(jìn)行(從外交部主頁進(jìn)行部分修改后轉(zhuǎn)載)。 國際聯(lián)合研究小組 理化研究所環(huán)境資源科學(xué)研究中心植物脂質(zhì)研究小組 領(lǐng)隊中村友輝 (奧斯卡·西尼卡植物及微生物學(xué)研究所研究員/教授、國立中興大學(xué)生物技術(shù)中心教授) 國立中興大學(xué)研究生生物工程系(臺灣) 臺灣國際研究生院項目博士候補(bǔ)生陳樂融 (奧斯卡·西尼卡植物及微生物學(xué)研究所(臺灣) ) 研究支援 本研究是在科技部(臺灣)“l(fā)ightstar award (領(lǐng)取者:中村友輝)”的支持下進(jìn)行的。 原論文信息 Yue-Rong Tan and Yuki Nakamura，" the importance of Arabidopsis phospholipid n-methyl transferase ( plmt ) in glycerol ipid metabolism 在專用按鈕10.1093/jxb/erac049新建選項卡中打開 主講人 理化研究所 環(huán)境資源科學(xué)研究中心植物脂質(zhì)研究小組 領(lǐng)隊中村友輝 新聞負(fù)責(zé)人 理化研究所宣傳室新聞負(fù)責(zé)人
