New Phytologist | 海南大學王將博士揭示代謝工程重塑植物營養器官油脂合成新路徑

植物油脂是可再生生物柴油及高附加值化學品的重要原料。通過代謝工程將植物葉片、莖稈等營養器官改造為油脂合成與積累的“新工廠”，已成為植物合成生物學領域的研究熱點。然而，常規代謝工程策略在促進油脂積累的同時，往往伴隨不同程度的生長抑制，這制約了其商業化應用前景。

近日，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校植物生物學系Li-Qing Chen教授團隊在國際期刊New Phytologist上在線發表了題為PPT1-mediated plastidic phosphoenolpyruvate import enhances fatty acid biosynthesis in sugar-rich tissues的研究論文。該研究揭示，在糖分積累條件下，增強葉片葉綠體中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的供給，可加速糖酵解過程并促進脂肪酸的合成與積累。這一策略能夠增加營養器官中的油脂積累，且不抑制植株生長。

該研究首先在野生型背景下過表達磷酸烯醇式丙酮酸/磷酸轉運蛋白1（PPT1），發現其對脂肪酸積累無顯著影響。進一步通過雜交獲得可溶性糖含量升高約6倍的sweet11;12;13突變體，并在此突變體中過表達PPT1，結果發現總脂肪酸含量顯著增加，同時中性脂滴、磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰膽堿（PC）等脂質也明顯累積。靶向代謝物分析顯示，sweet11;12;13突變體中糖酵解中間代謝物（如PEP、G6P、F6P、FBP、DHAP、G3P、2/3PGA等）顯著累積，而過表達PPT1可將這些中間代謝物的水平降至野生型水平，提示糖酵解通路增強。

轉錄組分析表明，多條糖代謝和脂質代謝相關通路被顯著富集。值得注意的是，半乳糖代謝通路中編碼磷酸果糖激酶（PFK）的多個基因家族成員顯著上調，PFK酶活性也得到顯著激活。上述結果表明：在正常糖分條件下，過表達PPT1不影響胞質糖酵解過程，也不影響葉綠體中的脂肪酸合成；相比之下，在糖分積累條件下，過表達PPT1可能通過提高PFK酶活性來加速胞質糖酵解過程，并通過促進含碳化合物向葉綠體的分配進而增強脂肪酸的合成。

過表達PPT1在不同糖含量背景下調控脂肪酸合成的工作模型。

綜上所述，在糖分積累條件下，增強植物營養器官中PEP向葉綠體的轉運，可通過激活糖酵解關鍵酶PFK來加速胞質糖酵解，進而促進脂肪酸和脂質的積累。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Li-Qing Chen教授為本文的通訊作者，海南大學王將副研究員為本文的第一作者。

文章鏈接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.71160