張江江,常 麗,嚴(yán)江濤,趙立寧,李德芳

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 麻類研究所，湖南 長沙 410205)

作為維持植物體生命活動的基礎(chǔ)代謝之一，油脂代謝在植物生命周期中起著重要作用。種子脂肪是植物種子儲存能量的主要形式，通過調(diào)控種子油脂含量以及脂肪酸組成相關(guān)途徑可以實(shí)現(xiàn)作物高油品種的培育工作[1]。隨著石油等不可再生能源的日趨減少，對新能源進(jìn)行開發(fā)頗為急切，而植物油脂(如菜籽油)中有一些脂肪酸鏈長度與柴油接近，因此，植物油脂可作為生物能源的重要原料[2-3]。隨著全世界人口的急速增加以及科技的日新月異，對食用油和生物燃料的量的需求以及質(zhì)的追求也在不斷提高。不飽和脂肪酸食用油對人體健康有益，而長鏈飽和脂肪酸對人體具有一定的危害，富含高油酸的食用油受到了追捧，其原因是高油酸食用油能有效預(yù)防高血脂、冠心病等心腦血管疾病[4]。因此，培育高油酸和特殊脂肪酸含量的作物品種具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

植物油脂的代謝調(diào)控過程復(fù)雜，涉及大量生物學(xué)過程和相關(guān)基因，這增加了植物油脂代謝解析及遺傳機(jī)制研究的難度。目前，已有大量與油脂代謝相關(guān)的基因被鑒定和克隆出來。種子油脂的累積和組成由大量的基因和代謝因素調(diào)控，過去的15 a間，隨著模式植物擬南芥全基因組測序后，在擬南芥中已經(jīng)鑒定了多種與油脂合成相關(guān)的途徑，并克隆和驗(yàn)證了相關(guān)途徑中的一些關(guān)鍵基因[5]。歸納了植物油脂合成的一般途徑和油脂改良的主要方式，從碳源分配、脂肪酸從頭合成、三酰甘油的合成效率3個方面總結(jié)了植物油脂合成的關(guān)鍵步驟，并對這3個過程中關(guān)鍵基因的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，概括了作物高油品種選育的策略，旨在為作物高油品種的選育提供借鑒和幫助，并為植物油脂研究提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1 植物中油脂合成的一般途徑

一般認(rèn)為，油脂是油和脂肪的統(tǒng)稱，三酰甘油是植物中儲存油脂的主要形式，在很多植物中，三酰甘油為種子萌發(fā)、花粉發(fā)育、有性生殖等過程提供能量[6]。其主要儲存在種子中，在其他營養(yǎng)組織中含量較少[7]。目前，在油料作物研究中發(fā)現(xiàn)，油脂的生物合成途徑主要分為2種，一種是依賴于?；?CoA的Kennedy途徑，一種是不依賴于?；?CoA的合成途徑[8]。Kennedy生物合成途徑的主要步驟包括：脂肪酸在質(zhì)體中的合成、脂肪酸的碳鏈修飾、油脂的組裝、油脂的富集與運(yùn)輸。其中，乙酰-CoA羧化酶(ACCase)和二?；视王；D(zhuǎn)移酶(DGAT)是2個關(guān)鍵的限速酶，它們能夠直接調(diào)控種子形成過程中的油脂合成。在不依賴于酰基-CoA的合成途徑中，磷脂二酰基甘油?；D(zhuǎn)移酶(PDAT)是其主要限速酶。

2 植物油脂改良的主要方式

目前，植物油脂改良主要有以下幾種方式，一是傳統(tǒng)育種，優(yōu)點(diǎn)是可定向改良油脂相關(guān)的某些性狀，缺點(diǎn)是周期長、工作量大；二是通過誘變途徑創(chuàng)造突變體，優(yōu)點(diǎn)是周期較短，不需要很大的工作量，缺點(diǎn)是無法控制變異方向；三是基因編輯技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是周期短，且能做到精準(zhǔn)改良油脂相關(guān)性狀，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)基因的食品安全問題還有待考證。

利用傳統(tǒng)回交技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對作物高油品種的選育。以花生為例(圖1)，經(jīng)鑒定，ahFAD2A和ahFAD2B是與油脂合成有關(guān)的基因，選取AABB和aabb基因型的材料作為親本，其中以AABB為輪回親本進(jìn)行回交育種，同時對回交后代株系進(jìn)行基因型分型，再利用KASP分型鑒定，獲得aabb基因型的單株，最后自交得到aabb基因型的純合株系[9]，利用此方法同樣可以將其他油脂合成相關(guān)基因?qū)氲侥繕?biāo)品種中進(jìn)行作物油脂的改良。

通過誘變育種可以獲得與油脂合成相關(guān)的突變體。中國育種家已經(jīng)通過誘變(輻射、化學(xué))途徑創(chuàng)制出新的富含油酸的花生突變體[10-11]；除此之外，王傳堂等[12]利用花生栽培種和野生種Arachisrigonii雜交，在雜交后代中鑒定出與之前FAD2BA插入型突變不同的FAD2G新插入型突變，豐富了花生FAD插入型突變的類型，為油用花生品種培育奠定了基礎(chǔ)。

圖1 高油酸花生育種流程 Fig.1 The breeding pathway of high oleic acid peanut

利用基因編輯技術(shù)，可以將與油脂合成有關(guān)的基因在目標(biāo)作物中進(jìn)行基因敲入或基因敲除，以達(dá)到油脂改良目的。目前，利用CRISPR/Cas9技術(shù)已經(jīng)在水稻、花生、油菜、擬南芥、楊樹、大豆、高粱等多個作物中實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)基因的編輯[13-14]?；蚓庉嬘N，首先利用相關(guān)載體將目標(biāo)基因轉(zhuǎn)入需要改良的作物中，然后對作物進(jìn)行突變位點(diǎn)檢測，自交或回交后進(jìn)行等位基因位點(diǎn)遺傳分析，直至得到純合位點(diǎn)且目標(biāo)性狀能穩(wěn)定遺傳的植株。對油脂合成途徑中關(guān)鍵基因的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納，可為今后利用基因編輯技術(shù)培育作物高油品種提供重要的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)意義。

3 作物高油品種選育的策略

作物高油品種選育主要通過以下3個方面實(shí)現(xiàn)。一是通過調(diào)節(jié)代謝過程中的碳源分布，使碳源更多地流向油脂合成途徑，實(shí)現(xiàn)作物高油品種選育。早在1950年前后就有報道，種子蛋白質(zhì)含量與油脂含量呈顯著負(fù)相關(guān)[15]。日本學(xué)者1993年發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白質(zhì)含量與磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性緊密相關(guān)[16]。隨后有學(xué)者提出“底物競爭”假說，即油脂和蛋白質(zhì)均來自于葡萄糖的降解產(chǎn)物丙酮酸，即蛋白質(zhì)合成途徑和油脂合成途徑存在底物競爭。這一過程主要涉及2類關(guān)鍵酶，即PEPCase和ACCsae的活性。但丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸可以相互轉(zhuǎn)變，磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楸?；丙酮酸可以在丙酮酸羧化酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔缓蟛蒗Ｒ宜嵩诹姿嵯┐际奖峒っ傅淖饔孟律闪姿嵯┐际奖?。PEPCase催化磷酸烯醇式丙酮酸合成草酰乙酸進(jìn)入蛋白質(zhì)合成代謝，而ACCase催化丙酮酸合成乙酰-CoA進(jìn)入脂肪酸合成代謝。PEPCase和ACCase的活性分別是調(diào)控蛋白質(zhì)、油脂合成的關(guān)鍵。二是通過調(diào)控脂肪酸從頭合成關(guān)鍵酶選育作物高油品種。脂肪酸主要的合成場所是質(zhì)體，脂肪酸的長度和飽和度都有所不同，但是最開始合成的都是飽和脂肪酸(C16和C18)，這一最開始合成飽和脂肪酸的過程稱為脂肪酸的從頭合成[17]。油脂的主要成分是三酰甘油,而合成原料乙酰-CoA首先被運(yùn)送到質(zhì)體中在脂肪酸合酶(FAS)的催化作用下經(jīng)過一系列反應(yīng)合成脂肪酸，然后被運(yùn)送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，與3-磷酸甘油(P3G)結(jié)合形成三酰甘油。在脂肪酸從頭合成過程中，一系列相關(guān)基因已經(jīng)被克隆和驗(yàn)證，這些基因的變異都會影響最終的油脂含量。三是通過調(diào)整三酰甘油的合成效率實(shí)現(xiàn)作物高油品種選育。游離脂肪酸在酯酰-CoA合成酶(Long-chain acyl-CoA synthetase,LACS)催化下合成酯酰-CoA，然后被送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上時合成三酰甘油。三酰甘油組裝的關(guān)鍵限速酶包括3-磷酸甘油酯酰轉(zhuǎn)移酶(GPAT)和DGAT。在有些作物中，脂肪酸需要先合成磷脂酰膽堿，然后脂肪酸脫飽和，產(chǎn)生油酸和三酰甘油[17]。這一途徑中，被鑒定較多的是GPAT、DGAT、PDAT等酶的相關(guān)基因。

植物油脂合成調(diào)控過程復(fù)雜，相關(guān)的基因和酶較多。這些基因和酶受到調(diào)控都有可能導(dǎo)致油脂合成受到影響。因此，可以通過基因編輯技術(shù)或者其他途徑來調(diào)控這些相關(guān)基因，實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育。另外，通過分子標(biāo)記輔助育種或基因編輯技術(shù)可以將與植物油脂合成有關(guān)的基因?qū)氲侥繕?biāo)作物中，使目標(biāo)基因能夠在作物中穩(wěn)定表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育。因此，對油脂合成途徑關(guān)鍵步驟中的相關(guān)基因進(jìn)行歸納，通過對這些基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育。

3.1 通過調(diào)控碳源流向來培育高油品種

3.1.1 PEPCase調(diào)控途徑 由于PEPCase催化底物丙酮酸進(jìn)入蛋白質(zhì)代謝途徑，高活性的PEPCase會促使更多的碳源流向蛋白質(zhì)合成代謝，通過抑制PEPCase活性可提高種子油脂含量。在油菜中抑制PEPCase表達(dá)，種子含油量提高15%左右[15]。在陸地棉中，克隆了GhPEPC1和GhPEPC2基因，經(jīng)驗(yàn)證，這2個基因都與棉纖維伸長有關(guān)[18]。ZHAO等[19]通過RNAi技術(shù)抑制GhPEPC2基因的表達(dá)，在轉(zhuǎn)化植株中幼苗胚芽中的PEPCase活性顯著下降，種子中PEPCase活性下降7.3%，總蛋白質(zhì)含量下降5.65%，而其他農(nóng)藝性狀幾乎不受影響；進(jìn)一步對轉(zhuǎn)化植株進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)水平分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化植株中與油脂合成有關(guān)的基因表達(dá)均上調(diào)，而與氨基酸合成有關(guān)的基因表達(dá)均下調(diào)，并且轉(zhuǎn)化植株耐鹽性顯著增強(qiáng)。通過對GhPEPC1基因進(jìn)行沉默，植物表型沒有明顯變化，但是相比于對照組含油量增加16.7%。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，GhPEPC1基因表達(dá)量降低導(dǎo)致與三酰甘油有關(guān)的基因表達(dá)量升高(圖2)[18]。

圖2 碳源流向示意圖Fig.2 The schematic diagram of carbon source flow

在棉花品種培育工作中，可以通過篩選GhPEPC1基因表達(dá)量低的品種作為種質(zhì)資源，利用傳統(tǒng)育種培育相關(guān)品種，也可以通過基因編輯技術(shù)抑制GhPEPC1基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)棉花高油品種的選育。

在作物高油品種選育中，對油脂含量、PEPcase活性、蛋白質(zhì)含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，PEPCase活性與最終形成的油脂含量呈顯著負(fù)相關(guān)(圖3C)，蛋白質(zhì)含量與油脂含量也呈負(fù)相關(guān)(圖3A)；隨著PEPCase活性的升高，蛋白質(zhì)含量逐漸增加(圖3B)[20]。

圖3 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性和油脂、蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系Fig.3 The relationship of PEPCase activity,protein content and lipid content

在海藻中通過敲除CrPEPC1基因發(fā)現(xiàn)，三酰甘油的表達(dá)量提高了20%，但使PEPCase活性降低了39%～50%。敲除CrPEPC1基因后,與三酰甘油合成有關(guān)的基因表達(dá)量均升高，相反地，CrPEPC1基因超表達(dá)，三酰甘油含量降低37%，PEPCase活性增加了157%～184%。在花生中通過降低AhPEPC1基因的表達(dá)量，其油脂含量增加了5.7%～10.3%；轉(zhuǎn)化植株表現(xiàn)出更長的根系，對鹽脅迫的抵抗能力也增強(qiáng)，因此，抑制PEPCase基因的表達(dá)是育種工作中培育作物高油品種切實(shí)可行的方案[21]。

在擬南芥和油菜中，TmDGAT1基因超表達(dá)，其含油量均有顯著升高，干質(zhì)量最多增加10%，油脂凈含量最高提高30%。將TmDGTA1基因轉(zhuǎn)入相應(yīng)突變體中，含油量提高20%～50%。相關(guān)研究表明，對絲氨酸/蘇氨酸位點(diǎn)修飾可以提高DGTA1基因的表達(dá)活性，因此可通過此方法來提高含油量[22]。

對明顯低含油量的擬南芥突變體lo15571的角果和成熟種子成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，其光合產(chǎn)物向脂肪酸的轉(zhuǎn)化效率降低；在lo15571角果發(fā)育過程中At1g01050表達(dá)水平增強(qiáng)，At1g01050基因編碼1個可溶性的胞質(zhì)焦磷酸酶，它是淀粉、可溶性糖向油脂轉(zhuǎn)化的調(diào)控基因，通過抑制At1g1050基因的表達(dá)，可引起了種子填充過程中焦磷酸的表達(dá)進(jìn)而使種子含油量提高1%～4%[20]。

3.1.2 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體調(diào)控途徑 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(Pyruvate dehydrogenase complex，PDC)由丙酮酸脫氫酶(E1)、二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(E2)和二氫硫辛酸脫氫酶(E3)3種酶組成，E2是核心催化亞基[23]。PDC和PEPCase的底物分別是丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸，丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸可以相互轉(zhuǎn)化。因此，PDC和PEPCase之間存在競爭關(guān)系。

通過調(diào)控PDC 3個亞基的表達(dá)水平可以提高植物種子的脂肪酸含量。植物線粒體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(mtPDC)中E2亞基由mtE2-1、mtE2-2、mtE2-33個基因編碼，但具體哪個基因?qū)τ趍tE2影響最大不得而知。通過熒光定量PCR發(fā)現(xiàn)，敲除mtE2-1基因，PDC表達(dá)量僅為野生型中的17%，敲除mtE2-2后僅對植物成長有輕微的影響，而敲出了mtE2-3對植株沒有任何影響[24]。即mtE2-1是mtPDC基因的核心組成部分，而mtE2-2、mtE2-3則或多或少對于mtE2-1存在于功能冗余。擬南芥突變體m132是由mtE2-1突變導(dǎo)致的，這個突變體由于mtE2-1基因的表達(dá)導(dǎo)致積累了過量的三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物和一些用于蛋白質(zhì)合成的氨基酸，說明了mtE2-1是mtPDC的核心組成部分[25]。分析發(fā)現(xiàn)，在所有植物器官中都能檢測到mtPDC3個亞基的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，但mtE2-2的表達(dá)量明顯高于另外2個亞基的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，但3個亞基基因表達(dá)水平接近，且它們之間的表達(dá)量可以互相影響[26]。

PDC催化丙酮酸合成乙酰-CoA，乙酰-CoA是三羧酸循環(huán)的物質(zhì)之一，也是脂肪酸合成的前體物質(zhì)。三羧酸循環(huán)途徑所提供的能量，也可以用于脂肪酸合成。在線粒體和葉綠體中都檢測到PDC，但活性不同。

3.2 通過調(diào)控脂肪酸從頭合成關(guān)鍵酶選育作物高油品種

ACCase是催化乙酰-CoA到丙二酰-CoA的關(guān)鍵酶，同時也是限制油脂合成途徑的關(guān)鍵酶。ACCase可以與PEPCase形成競爭關(guān)系，在作物高油品種選育過程中應(yīng)盡可能地減少碳源流向蛋白質(zhì)合成途徑，促使更多的碳源流向脂肪酸合成的途徑。通過對ACCase的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對種子含油量的調(diào)控。作物中種子脂肪酸的合成和積累與ACCase的表達(dá)有關(guān)。ACCase由生物素羧基載體蛋白(Biotin carboxyl carrier protein，BCCP)、生物素羧化酶(Biotin carboxylase，BC)、羧基轉(zhuǎn)移酶α亞基(α-subunit of carboxyltransferase，CTα)、羧基轉(zhuǎn)移酶β亞基(β-subunit of carboxyltransferase，CTβ) 4個亞基組成。有關(guān)研究中，4個亞基編碼的異質(zhì)型ACCase被擴(kuò)增，7、16、10、1個外顯子分別從GhBCCP1、GhBC1、GhCTα2、GhCTβ基因中分離鑒定。這4個亞基的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在所有器官中普遍表達(dá)，通過分析發(fā)現(xiàn)，4個亞基表達(dá)量與最終種子含油量之間存在正相關(guān)關(guān)系；GhBCCP1基因超表達(dá)，植株含油量相對于對照組顯著增加21.92%；GhBC1和GhCTβ基因超表達(dá)，植株含油量較對照組均有約17%的提高[27]。

ACCase活性高的植物脂肪酸含量一般較高，因此可以通過調(diào)節(jié)ACCase活性來提高種子的最終含油量。BI等[28]發(fā)現(xiàn)，在大豆種子脂肪酸積累的早期到中期，高油大豆中ACCase活性顯著高于低油大豆。將油菜種子特異性表達(dá)啟動子和擬南芥同質(zhì)性ACCase融合，在大豆轉(zhuǎn)移肽的轉(zhuǎn)運(yùn)下，將ACCase導(dǎo)入油菜中，轉(zhuǎn)化后植株ACCase活性比對照提高了20倍，最終種子脂肪酸含量增加5%[29]。

調(diào)控β-酮脂酰-ACP合酶(Ketoacyl-ACP synthase，KAS)相關(guān)基因的表達(dá)可以培育作物高油品種。作物中KAS由3類酶構(gòu)成，分別為KASⅠ、KASⅡ、KASⅢ。KASⅠ催化4∶0-ACP 延長碳鏈到16∶0-ACP，KASⅡ催化16∶0-ACP延長碳鏈到18∶0-ACP，KASⅢ主要催化乙酰-CoA與丙二酰-CoA合成4∶0-ACP[1]。將具有合成90%中鏈脂肪酸功能的油菜基因轉(zhuǎn)入到油菜品種Cuphea中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，野生型的隱形基因和包含了單點(diǎn)突變的FATB基因的2種不同單一結(jié)構(gòu)參與種子KASⅢ的合成，沉默BnKASⅢ、BnFATB基因的T2株系中各種脂肪酸的含量都有提高，因此，可以通過沉默2個基因?qū)崿F(xiàn)高油油菜品種的選育[30]。在麻風(fēng)樹中克隆了JcKASⅡ基因，JcKASⅡ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在所有組織中均被檢測到，種子萌發(fā)過程中JcKASⅡ表達(dá)量增加，fab1是擬南芥中AtKASⅡ突變體，含有較少的C18和較多的C16，通過轉(zhuǎn)入JcKASⅡ基因發(fā)現(xiàn)，該突變體性狀得到恢復(fù)；JcKASⅡ基因超表達(dá)會促使種子和葉片中C16脂肪酸向C18脂肪酸轉(zhuǎn)變，說明JcKASⅡ基因能夠促使18∶0-ACP的積累[31]。不同作物品種中KAS基因的表達(dá)不同，含油量也不盡相同，根據(jù)選育作物的不同目標(biāo)，調(diào)控KAS基因的表達(dá)可以實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育。

調(diào)控酰基ACP硫酯酶(acyl-ACP thioesterase，F(xiàn)AT)基因的表達(dá)可以實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育。對FAT調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)對植物油脂品質(zhì)的調(diào)節(jié)。FAT作為脂肪酸合成最后一步的催化酶，決定了合成脂肪酸的類別以及鏈長，其中，一種方式是FAT與ACP合成的酯酰基結(jié)合然后再與輔酶A結(jié)合，另一種方式是直接由ACP釋放酯?；?，形成游離的脂肪酸。植株中存在2種FAT(FATA和FATB)，與它們結(jié)合的底物具有碳鏈長度的特異性[32]。FATA參與C18∶1-ACP和C18∶0-ACP硫酯鍵的形成，同時，對于C18∶0-ACP的調(diào)節(jié)活性較強(qiáng)而對C18∶1-ACP的調(diào)節(jié)活性相對較弱；FATB參與飽和酯酰碳鏈的釋放以及非飽和酯酰碳鏈的合成，如16∶0-ACP硫酯酶的形成和釋放[33]。培育作物高油品種對油脂品質(zhì)的要求是盡可能多地提高不飽和脂肪酸比例，因此，可以通過調(diào)控FAT相關(guān)基因的表達(dá)實(shí)現(xiàn)作物高油品種的選育工作。

作物高油品種選育可以通過延長脂肪酸的碳鏈來實(shí)現(xiàn)。脂肪酸主要存在于質(zhì)體中，但目前轉(zhuǎn)化植株大多數(shù)都是基于核轉(zhuǎn)化，相對于質(zhì)體轉(zhuǎn)化，有著表達(dá)水平高并且可以同時進(jìn)行多基因轉(zhuǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。因此，通過基因編輯技術(shù)調(diào)控脂肪酸從頭合成基因的表達(dá)是培育作物高油品種的一條途徑。

3.3 通過調(diào)整三酰甘油的合成效率實(shí)現(xiàn)作物高油品種選育

影響三酰甘油合成效率的關(guān)鍵酶主要有GPAT、DGAT和PDAT等，作物高油品種的選育可通過調(diào)控這些關(guān)鍵酶來實(shí)現(xiàn)。

作物高油品種的培育可以通過提高GPAT基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。GPAT催化三酰甘油組裝的第1步反應(yīng)。擬南芥敲除GPAT9(At5g60620)的突變體顯示，雄性和雌性配子體致死表型一致，顯示該基因有重要的膜脂合成作用，說明其參與了三酰甘油油脂的合成。擬南芥中AtGPAT9的超表達(dá)轉(zhuǎn)化植株，種子含油量增加，而抑制AtGPAT9基因表達(dá)，種子含油量減少。可見，調(diào)控GPAT相關(guān)基因的表達(dá)是培育高油品種的策略之一[34]。

通過調(diào)控DGAT相關(guān)基因的表達(dá)可以實(shí)現(xiàn)作物高油品種的培育，DGAT催化二酰甘油與脂肪酸?；Y(jié)合成三酰甘油，是作物油脂合成的關(guān)鍵限速酶。植物主要有DGAT1、DGAT2、DGAT3等類型DGAT相關(guān)基因，它們都參與了油脂的合成。在擬南芥中，DGAT3在種子發(fā)育及育苗過程中起作用[35-36]。在不同物種中，DGAT2對于種子含油量的積累都有著重要作用，烏桕SsDGAT2基因在擬南芥中超表達(dá)，種子含油量較對照顯著增加50%，但種子含油量增加的同時亞麻酸含量降低。因此，基于SsDGAT2調(diào)控對于烏桕高油品種的改良需要綜合考慮含油量和亞麻酸含量的關(guān)系，以培育含油量高且亞麻酸含量適中的品種[37]。DGAT1基因也是油脂合成的關(guān)鍵基因，影響植物種子含油量積累和種子的油脂組成。烏桕SsDGAT1基因在擬南芥中超表達(dá)，種子含油量較野生型增加12.3%～14.7%，但在油菜中超表達(dá)，轉(zhuǎn)化植株種子含油量相較于野生型明顯下降且亞麻酸含量也出現(xiàn)下降趨勢，說明SsDGAT1參與植物油脂合成，對于今后培育高油烏桕品種具有重要理論意義[38]。

作物高油品種選育可以通過調(diào)節(jié)PDAT來實(shí)現(xiàn)。PDAT是相對于DGAT的另一類二酰甘油轉(zhuǎn)移酶，與DGAT功能類似，催化磷脂和二酰甘油生成溶血磷脂和三酰甘油。亞麻中PDAT基因過量表達(dá)會導(dǎo)致不飽和脂肪酸18∶3n-3向18∶2n-6的轉(zhuǎn)變，但對總含油量沒有影響。沉默PDAT基因能得到更高的不飽和脂肪酸(18∶3n-3)含量[39]。在亞麻品種中鑒定了5個PDAT基因(CsPDAT1-A、CsPDAT1-B、CsPDAT1-C、CsPDAT2-A、CsPDAT2B)，通過相關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CsPDATs基因在增加種子含油量和提高作物抗逆性方面起重要作用[40]。

研究發(fā)現(xiàn)，PDAT1基因能夠補(bǔ)充由于DGAT1基因缺失而減少的種子含油量，改變了子葉中的脂肪酸組成，但最終種子含油量不受影響[39]。因此，在通過調(diào)控三酰甘油合成效率選育作物高油品種時應(yīng)綜合考慮PDAT、DGAT基因的表達(dá)。

4 小結(jié)與展望

綜上，總結(jié)了近幾年關(guān)于作物油脂合成的研究進(jìn)展，歸納了作物高油脂品種選育的策略，并從碳源流向、脂肪酸從頭合成、三酰甘油的合成效率三方面詳細(xì)綜述了培育作物高油品種的方法策略，為作物高油品種和特殊脂肪酸品種的選育提供了理論基礎(chǔ)。隨著社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步，不可再生資源減少日趨嚴(yán)峻，而植物柴油的開發(fā)是解決未來能源問題的一個很有希望的方向，培育作物高油品種是解決自然資源短缺的手段之一；同時，不飽和脂肪酸、亞麻酸含量高的植物對人體健康有益，這也是作物育種工作未來的方向之一。