抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室

      2022年10月10日，张根发教授课题组在Physiologia Plantarum（IF: 5.081）上发表题为“Enolase2 regulates seed fatty acid accumulation via mediating carbon partitioning in Arabidopsis thaliana”的研究性文章。抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室博士毕业生刘子金，2019级博士生刘慧敏，硕士毕业生郑腊梅为共同第一作者，张根发教授为通讯作者。

      国以农为本，农以种为先。种子是农业的芯片，加强基础研究、创新种质资源是“打好种业翻身仗”的关键。同时，我国是全球三大植物油消费国之一，每年食用油消费总量达2500万吨，但60%以上依赖进口，食用油供给安全隐患突出。因此，挖掘调控种子发育以及油脂积累的关键基因并解析其分子调控机制，能够为分子设计育种提供优异的基因资源，助力于种业自立自强，保障好国家食用油供给安全。油脂是高等植物种子中能量和碳源的主要贮存形式，油脂前体物质脂肪酸的合成主要在质体中。在拟南芥中，烯醇化酶（ENOLASE）存在三种编码基因AtENO1、AtENO2和AtENO3，其中，AtENO2主要存在于胞质中,发挥主要的烯醇化酶活性，其活性远远高于仅存在与质体中的AtENO1，而AtENO3不具有烯醇化酶活性。在本研究中，我们发现AtENO2突变体（Ateno2-）种子中的含油量显著高于野生型（WT），AtENO1等脂肪酸合成关键基因的表达显著上调；同时，AtENO2的缺失导致角果（种子）中水杨酸合成关键基因上调表达，进而促进了水杨酸的积累，且AtENO2与水杨酸响应转录因子AtTGA5存在互作。以往研究结果表明，拟南芥水杨酸缺失减少了油脂的积累，且能够通过抑制乙烯的合成延缓角果成熟。我们前期研究结果也发现AtENO2缺失导致种子中生长素含量增加和乙烯含量减少，角果成熟延迟。本研究也发现在种子发育过程中，Ateno2-角果中的光合产物（葡萄糖和淀粉）含量显著高于WT，与脂肪酸合成存在前体物质竞争关系的且在胞质中合成的类黄酮物质的含量显著减少。另有研究表明：类黄酮的缺失能够导致脂肪酸的积累。因此，结合以往研究结果，我们推测AtENO2缺失通过影响植物激素含量，延缓角果成熟，产生更多光合产物用于脂肪酸和类黄酮等物质的合成；但由于胞质中AtENO2的缺失，类黄酮物质合成受阻，质体中AtENO1含量增加，进而促使光合产物更多地流向质体用于脂肪酸的合成。本研究结果在一定程度上揭示了ENO2调控拟南芥种子油脂积累的分子机制，为改善油料作物种子油脂积累提供了新的靶点。

      全文链接：

      https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.13797

      本文章由国家自然科学基金（31470399和31872672）资助！