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2022年4月4日 理化研究所 发现合成种子油的新代谢途径-期待应用于创造生物燃料的代谢改变技术- 理化研究所(理研)环境资源科学研究中心植物脂质研究小组的中村友辉小组组长等国际联合研究小组发现了合成种子油主要成分三酰基甘油( TAG ) [1]的新代谢途径。 本研究成果有望为植物内大量生产生物柴油[2]等原料的代谢工程[3]做出贡献。 TAG由构成细胞膜的最主要磷脂磷脂酰胆碱( PC )合成，但第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何转化为TAG尚不清楚。 这次，国际联合研究小组着眼于酵母和人的肝脏中存在将PE直接转换为PC的酶，使用模型植物拟南芥[4]发现了起同样作用的酶PLMT[5]。 用植物体过量生产PLMT后，种子的TAG含量最大为每干重20%左右。 另一方面，也发现过量生产PLMT会阻碍叶子等的生长，表明该代谢途径可能专门用于种子的TAG合成。 这些结果表明，PLMT通过将PE转化为PC参与了种子的TAG合成。 本研究发表在科学杂志《实验植物学杂志》在线版( 4月1日)上。 背景 种子油的主要成分三酰基甘油( TAG )不仅对植物的生长和生长很重要，而且作为生物柴油等生物燃料[2]的原料被应用于各种产业。 随着种子的生长，TAG由构成细胞膜的磷脂合成。 迄今为止，最主要的磷脂磷脂酰胆碱( PC )转化为TAG的代谢机制已被仔细研究，但第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何转化为TAG尚不清楚。 研究方法和成果 国际联合研究小组首先着眼于酵母和人类的肝脏等中存在将PE转换为PC的酶，使用模型植物的拟南芥，明确了在植物中也会发生同样的反应。 其次，制作了过量产生催化该反应的酶PLMT的植物体时，种子的TAG含量每干燥重量最多增大到了20%左右。 另一方面，发现过量生产PLMT会阻碍叶子等的生长，表明该代谢途径可能是专门用于种子TAG合成的机制。 这些结果表明，种子可能是通过使用PLMT将PE转化为PC来有效合成TAG的(下图)。
最主要磷脂磷脂酰胆碱( PC )通过一步或中间产物二酰基甘油( DAG )的两步反应转化为TAG。 另一方面，第二主要磷脂酰乙醇胺( PE )如何转化为TAG尚不清楚(左)。 此次发现的酶促PLMT新路径表明，PE一旦转化为PC，即可提供给TAG合成(右)。 今后的期待 这次，明确了将PE转换为TAG的代谢途径。 这有望为代谢工程建设新的方法，以更有效地将磷脂转化为TAG，并有助于生物燃料等生产技术的开发。 本研究成果显示，在联合国2016年制定的17个“可持续发展目标( SDGs ) [6]”中，“2 .杜绝饥饿”“3 .为所有人提供健康和福利”“13 .针对气候变化制定具体对策”“15 .保护陆地的富裕程度” 补充说明 1 .三酰基甘油( TAG ) 也称为甘油三酯。 是甘油骨架中三个长链脂肪酸酯键的脂质化合物，不仅是种子油的主要成分，而且在动物细胞的油滴等中含量丰富。 由于没有极性，所以不会成为生物膜的构成成分，但由于具有能量储存物质等作用，作为生物燃料的原料也受到关注。 2 .生物柴油、生物燃料 由动植物等来源的生物资源制成的燃料称为生物燃料，其中适合柴油发动机用燃料的称为生物柴油。 TAG含有丰富的生物柴油原料脂肪酸甲酯。 3 .代谢工程 一种利用转基因技术任意改变生物代谢流程产生有用化合物的技术。 可以说是充分利用了生物所具有的能力的终极“制造”之一。 4 .拟南芥 十字花科的一年生植物。 因其基因组大小小、世代短、栽培方便、基因导入方便等，可作为种子植物的模式生物用于研究。 5 .酶PLMT 正式名称为phospholipid n-methyl transferase。 是对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总称。 PE经三次甲基化后，生成磷脂酰胆碱( PC )。 6 .可持续发展目标( SDGs ) 2015年9月联合国峰会通过的《可持续发展2030议程》所载的2016-2030年国际目标。 它由实现可持续发展世界的17个目标、169个目标组成，不仅是发展中国家，而且是发达国家自身致力的环球(普遍)，作为日本也在积极进行(从外交部主页进行部分修改后转载)。 国际联合研究小组 理化研究所环境资源科学研究中心植物脂质研究小组 领队中村友辉 (奥斯卡·西尼卡植物及微生物学研究所研究员/教授、国立中兴大学生物技术中心教授) 国立中兴大学研究生生物工程系(台湾) 台湾国际研究生院项目博士候补生陈乐融 (奥斯卡·西尼卡植物及微生物学研究所(台湾) ) 研究支援 本研究是在科技部(台湾)“lightstar award (领取者:中村友辉)”的支持下进行的。 原论文信息 Yue-Rong Tan and Yuki Nakamura，" the importance of Arabidopsis phospholipid n-methyl transferase ( plmt ) in glycerol ipid metabolism 在专用按钮10.1093/jxb/erac049新建选项卡中打开 主讲人 理化研究所 环境资源科学研究中心植物脂质研究小组 领队中村友辉 新闻负责人 理化研究所宣传室新闻负责人 |
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迄今为止已知的TAG合成路径(左)和这次新发现的路径的图 
