研究揭示深度蔭蔽環(huán)境調(diào)控油桐種子油脂積累的分子機(jī)制

　　油桐樹是工業(yè)油料樹種，從油桐種子中提取的油脂因富含桐酸，從而賦予了桐油耐熱、耐酸堿、防腐、防銹、絕緣、干燥快等特性，使得桐油成為優(yōu)良的干性植物油，廣泛應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)環(huán)保涂料、電子線路板生產(chǎn)以及軍事工業(yè)領(lǐng)域。研究油桐樹種子桐油合成調(diào)控機(jī)理對(duì)培育油桐高產(chǎn)品種具有理論指導(dǎo)意義。

　　光為植物光合產(chǎn)物的積累提供能量，也參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。處于不良光照環(huán)境下，不耐陰植物為了能將枝條伸到光線充足的區(qū)域，往往以犧牲葉和根等營(yíng)養(yǎng)器官的正常生長(zhǎng)為代價(jià)，將有限的植物資源重新分配，用于加速植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，從而盡可能地快速逃出不良光照環(huán)境。那么在蔭蔽環(huán)境下，油脂積累的通路是否受到蔭蔽環(huán)境的調(diào)控，光合產(chǎn)物能否如期轉(zhuǎn)變?yōu)橛椭瑑?chǔ)存到植物種子中？

　　研究者以油桐樹為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)處于深度蔭蔽環(huán)境下的油桐果實(shí)，在油脂快速積累期，油脂不能在種子中正常積累。轉(zhuǎn)錄組分析證實(shí)，遮蔭環(huán)境下，油脂不能正常積累是由于脂肪酸從頭合成通路和三酰基甘油酯合成通路的基因在油脂快速積累期不能如期上調(diào)表達(dá)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，研究者挖掘到屬于I類同源結(jié)構(gòu)域亮氨酸拉鏈（HD-ZIP）轉(zhuǎn)錄因子VfHB21。在蔭蔽環(huán)境下，該轉(zhuǎn)錄因子在油脂快速積累期大幅上調(diào)表達(dá)，可直接結(jié)合到催化桐酸合成的兩個(gè)結(jié)構(gòu)基因FAD2和FADX啟動(dòng)子序列中的HD-ZIP I/II識(shí)別原件上，抑制FAD2和FADX表達(dá)，并且還可結(jié)合到調(diào)控脂肪酸從頭合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子VfWRI1和油脂合成通路關(guān)鍵基因VfDGAT2啟動(dòng)子序列相應(yīng)的識(shí)別位點(diǎn)上。此外，多個(gè)油脂合成通路基因啟動(dòng)子均有HD-ZIP I/II識(shí)別原件。上述發(fā)現(xiàn)表明，深度蔭蔽環(huán)境下，VfHB21可能具有抑制油脂合成的功能。研究還進(jìn)一步證明了擬南芥HB21可被蔭蔽環(huán)境誘導(dǎo)，在種子油脂積累中具有類似的功能，表明HB21抑制油脂積累的功能在不同植物中應(yīng)是保守的。

　　上述研究結(jié)果揭示了蔭蔽環(huán)境下HD-ZIP I家族轉(zhuǎn)錄因子VfHB21在油脂快速積累期抑制油桐種子油脂積累的分子機(jī)理。該研究對(duì)油桐分子遺傳改良，以及油桐林合理密植、提高產(chǎn)量具有理論指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果以Triacylglycerol biosynthesis in shaded seeds of tung tree (Vernicia fordii) is regulated in part by Homeodomain Leucine Zipper 21為題，發(fā)表在The Plant Journal上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。