圣杯在食用产油作物

科学家从南洋理工大学、新加坡(南大新加坡)已经成功转基因植物蛋白质负责石油积累在植物种子和可食用的坚果。

展示他们的新方法,该模型植物拟南芥累积15 - 18%更多的石油在它的种子与修改后的蛋白质在实验室条件下生长。

想办法使作物产量更多石油的种子是农业产业的圣杯。然而,大多数产油作物,如棕榈油、大豆、向日葵、油菜籽、花生——已经有很高比例的石油在他们的果实或种子,,很难通过传统的作物杂交育种方法提高含油量。

植物油通常用于食品加工、生物燃料、香皂和香水,和全球市场估计价值2414亿美元,2021年预计将增加到2027年3241亿美元[1]。增加石油产量从植物还可以帮助世界上追求可持续发展,帮助减少出油作物所需耕地。

的秘密帮助植物更多的石油存储在他们的种子的蛋白质被称为WRINKLED1 (WRI1)。科学家们已经知道了二十年,WRI1扮演着一个重要的角色在控制植物籽油生产。

现在第一次,一个高分辨率的结构成像和报告了WRI1南大团队,共同由高Yonggui副教授和助理教授马魏生物科学学院的。

发表在科学杂志《科学》上的进步,团队详细WRI1的分子结构,以及它如何结合植物DNA——信号在其种子植物积累多少油。

基于理解的原子结构WRI1-DNA复杂的显示,增强其亲和力的团队修改WRI1 DNA,以提高石油产量。在这种方法中,部分在WRI1选择修改,以改善其绑定到DNA和多种形式的WRI1生产。

这些候选人WRI1s被进一步测试,以评估它们激活石油产量在植物细胞的能力。预期的团队,他们表明,DNA结合WRI1增加十倍的修改版本相比原WRI1——最终导致更多的种子的含油量。

协会教授高,结构生物学家说:“能够清楚地看到WRI1是什么样子,以及它如何与DNA结合负责石油生产的植物是理解整个过程的关键。WRI1是一个重要的监管机构,通知工厂多少油储存的种子。一旦我们能够想象‘锁’,然后我们设计的“关键”,可以解锁WRI1的潜力。”

修改WRI1是如何工作的

分析在原子层面,WRI1蛋白质的晶体结构和双螺旋DNA链结合,研究小组注意到这个DNA结合域广泛是守恒的。这意味着几乎没有变化,表明它可能是一个常见的绑定机制对许多植物物种。

使用这种晶体结构的WRI1作为“目标”,然后这个调查小组修改WRI1,提高亲和力目标蛋白质的DNA。编码修改WRI1蛋白质的指令然后引入目标植物细胞,之后工厂将使用这个新的每当它产生WRI1的指令集。

在实验室实验中观察如何修改WRI1影响油藏,修改后的蛋白质和修改的表单都注入烟草benthamiana叶子,和三酰甘油的分析(脂肪和油的主要形式的膳食脂质)水平。修改后的WRI1蛋白质生成的三酰甘油生产更重要的峰值相比控制植物引入WRI1修改的形式。

后续的实验表明,在修改后的拟南芥的种子含油量比未修改的形式包含更多的石油。这种转基因植物的后代也将承担相同的修改WRI1蛋白质和种子生产更多的石油。

马助理教授,植物分子生物学家一直在研究WRI1自从他博士后训练,说修改WRI1改善其绑定到DNA对球队是一个合乎逻辑的举动。

“我们知道WRI1是一种结合植物蛋白质的DNA序列,并设置一个特定的一系列指令,调节种子油脂的积累。较强的绑定——更多的石油植物会集中在它的种子。因此,我们选择改善这一部分WRI1绑定到目标DNA,在许多种子植物中是高度保守的。高度保守的意味着许多种类的植物会有相同的机制,可以修改,所以我们应该能够翻译出油改性容易许多不同类型的作物在未来。”马助理教授解释道。

“植物籽油使用人类饮食是至关重要的,在许多重要的工业应用。全球对植物油的需求迅速增加,我们的研究有助于努力改善籽油生产以可持续的方式,并可能减少农业对环境的影响。”Asst Prof Ma added.

前进,团队已经申请了专利的方法通过NTUitive基因改造,大学的创新和企业办公室,正在寻找合作伙伴将自己的发明。

这项研究是与NTU2025战略计划和学校的可持续发展宣言,它旨在研究和开发新技术朝着一个更加绿色的未来。

给一个独立的专家评论,迈克尔Fam椅子教授William Chen南大食品科技项目主管,说有几个方法可以解决世界饥饿问题,包括通过增加粮食生产的数量或增加食物的卡路里和营养价值。

“世界农业耕地有限,先进的技术来种植更多的粮食需要更高的营养价值,如果我们希望解决世界饥饿。当我们可以增加脂肪含量可食用的种子和坚果,一个人可以吃一个较小的数额但仍感觉完整,由于摄入的增加,“陈教授说,一个著名的食品安全专家,他没有参与这项研究。

”而不是越来越作物养活更多的人,我们也应该看方法的作物有更多的卡路里和营养,所以相同数量的粮食可以养活更多的人。”

参考:乔Z,香港Q,三通WT,等。分子基础的关键调节器WRINKLED1植物油的生物合成。Sci副词。2022;8 (34):eabq1211。doi:10.1126 / sciadv.abq1211

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