植物油脂是人类的必需营养，广泛应用于人类食品、医药、动物饲料及生物燃料等油脂化学工业。植物油脂的脂肪酸碳链长度和双键数目决定着油脂的理化特性和用途。应用代谢工程技术对目标油料作物进行遗传改良以生产健康有益型或独特用途的油脂正在发展成为现代农业和大健康产业的新质生产力。紫苏（Perilla frutescens）是一种食药同源的特色油料作物，其种子富含ω-3多聚不饱和脂肪酸（PUFA），是一种媲美“深海鱼油”的优质健康有益型食用油脂。解析紫苏种子独特的富油机制和挖掘功能基因，进而创育富含目标油脂的作物新种质用于规模化生产高值油脂具有重要科学意义和应用价值。

山西农业大学特用作物遗传与代谢工程研究中心（山西省）、特用作物与生物技术团队综合应用多组学分析和多维生理生化测试技术，系统解码了紫苏种子富油分子机制，并鉴定获得有重要应用价值的功能基因。此项成果研究论文“Three distinctive diacylglycerol acyltransferases (DGAT1, DGAT2 and DGAT3) from Perilla frutescens and their potential in metabolic engineering for designed oil production”于8月3日，在国际重要经典学术期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院大类一区Top，IF=6.4）发表。

本文整合应用多种检测方法，精准鉴定了催化三酰甘油（TAG）生物合成最后一步酰化反应的3个紫苏二酰甘油酰基转移酶（PfDGAT1A、PfDGAT2A和PfDGAT3B）的酶学特性，揭示了这3个DGAT酶分别对亚油酸（C18:2）、油酸（C18:1）和α-亚麻酸（C18:3）酰基底物的特异性。进一步应用单细胞异养酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、单细胞光自养莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）和普通烟草（Nicotiana tabacum）3个模式生物分别异源过表达单个PfDGAT或共表达两个PfDGAT基因，获得了总油脂含量显著提高、单个目标脂肪酸（C18:2，C18:1或C18:3）显著富集或两个目标脂肪酸显著富集的稳定遗传转化体。研究证明，这3个PfDGAT是控制紫苏种子油脂合成和多聚不饱和脂肪酸富集的关键成员，可作为优异靶标应用于产油微生物和高等植物油脂代谢工程，改良宿主油脂产量和品质，以期可持续商业化生产依据用途精准设计的“定制油脂”。

三个PfDGAT介导紫苏PUFA油脂合成机制及其在脂质代谢工程中的应用

农学院周雅莉博士（资源环境学院博士后）为论文第一作者，农学院王计平教授、李润植教授和资源环境学院李廷亮教授为共同通讯作者。合作作者包括农学院薛金爱和贾小云教授以及孙岩博士和黄旭升等研究生。该研究获得山西省基础研究（自由探索类）青年项目（202403021212310）、山西农业大学农学院育种工程重点培育项目（YZ2021-08）、山西省科技创新人才团队专项基金（202304051001042）、国家外国专家局引智项目（G2023004003L）等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c06976