西北农林科技大学（702）我校农学院张猛教授团队创制出“超高亚麻酸油料作物”
文章导读
A team led by Professor Zhang Meng from Northwest A&F University, in collaboration with South China Normal University and Montana State University, has developed a new Camelina sativa variety with an α-linolenic acid (ALA) content of up to 69.5%, a record high for oilseed crops. This breakthrough offers a potential solution to the imbalanced ω-6/ω-3 fatty acid ratio in human diets. The team employed three strategies: dual enzyme co-expression with AtFAD2sm and BnFAD3 genes, spatiotemporal regulation using a seed-specific promoter, and blocking the FAE1 gene to redirect metabolic flow toward ALA. The high ALA content remained stable through the T4 generation without affecting oil content or germination. The study outperformed previous records in Camelina (50%) and canola (53%). Funded by the National Natural Science Foundation of China, the research demonstrates a new benchmark for metabolic engineering in oilseed crop breeding.
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7月12日，西北农林科技大学联合华南师范大学、美国蒙大拿州立大学在《Plant Biotechnology Journal》发表了题为“Creating ultra-high linolenic acid camelina by co-expressing AtFAD2sm with synonymous mutations and BnFAD3 in the fae1 mutant”的研究论文，成功开发出α-亚麻酸（ALA, 18:3）含量最高达69.5%的亚麻荠（Camelina sativa）新种质，创下油料作物ω-3脂肪酸含量的新纪录！该成果为解决人类膳食中ω-3/ω-6脂肪酸严重失衡问题提供了创新性方案。该研究第一作者为农学院博士生李娜，通讯作者为张猛教授。
α-亚麻酸是人体必需的欧米伽3多不饱和脂肪酸，对预防心血管疾病、炎症和癌症至关重要。现代植物油工业为延长保质期，普遍培育高油酸/低亚麻酸品种，导致膳食中ω-6/ω-3比例严重失调（典型饮食比例达15:1，远高于理想值1-4:1）。油料作物种子中亚麻酸合成需要Δ12-去饱和酶（FAD2）和Δ15-去饱和酶（FAD3）相继催化形成，然而，自该两种基因功能鉴定30余年来，其在亚麻酸改良上遇到了诸多障碍。其中最主要的问题是FAD2的转基因共抑制问题（Du等，2019）。为改善油料作物亚麻酸含量，该团队提出三重创新策略：1）双酶协同表达：引入经同义突变优化的拟南芥Δ12-去饱和酶基因AtFAD2sm（克服转基因沉默），叠加甘蓝型油菜Δ15-去饱和酶基因BnFAD3；2）时空精准调控：采用种子特异性启动子（Phaseolin）确保酶在种子发育期高效表达；3）阻断竞争通路：利用基因编辑敲除脂肪酸延长酶基因FAE1，阻止油酸（18:1）向超长链脂肪酸转化，使代谢流定向涌向ALA合成（前期研究证实此突变不影响作物生长）。相关研究策略见图1.
图1 油料作物中改良亚麻酸的策略
该研究在全基因同义突变（FAD2sm）可以有效克服FAD2转基因共抑制的研究基础上，在拟南芥野生型上联合表达BnFAD3。在确定可行性后，进而在野生型亚麻荠中联合表达，将亚麻酸含量从30%提高到50%。进而在拟南芥fae1突变体中阻断脂肪酸延迟通路后，联合表达FAD2sm和BnFAD3，可以将亚麻酸含量从20%提高到50%。最后，在基因编辑的亚麻荠fae1突变体中，共表达AtFAD2sm+BnFAD3实现亚麻酸含量68.3%（OE 5-1株系），较野生型（31.1%）提升120%，较单过表达FAD3的对照（50%）提升39.4%（图2）。更为重要的是，亚麻酸含量稳定遗传至T4代，含量保持在65.1–69.5%，并且超高亚麻酸的积累没有影响种子含油量、千粒重和发芽率等农艺性状，该材料可以直接应用于生产，并且可以将该方案应用于其油料作物亚麻酸的改良。该成果显著优于此前报道的亚麻荠ALA纪录（50%，Park et al. 2023）及油菜最高值（53%，Liu et al. 2024）。
图2. 在亚麻荠基因编辑突变体fae1中联合表达AtFAD2sm和BnFAD3的脂肪酸含量
这项研究完美诠释了代谢工程‘开源节流’策略——通过阻断竞争途径释放碳流，再以智能基因设计强化目标通路，为油料作物精准育种树立新标杆。该研究得到国家自然科学基金（32171837和32400256）的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70260
编辑：王学锋
终审：刘玉峰
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