蓖麻醇酸酯生物合成代謝途徑及關鍵酶研究進展

狄建軍 黃鳳蘭 陳永勝 張樹軍 魏永春

(內蒙古民族大學生命科學學院1，通遼 028000)(內蒙古自治區高校蓖麻產業工程技術研究中心2，通遼 028000)

蓖麻(RicinuscommunisL.)是起源于非洲的熱帶多年生灌木，屬大戟科的一種高經濟價值油料植物，在世界上許多的熱帶、亞熱帶和溫帶區域種植。現在蓖麻基因組草圖繪制完成，在大戟科成員中尚屬首例[1]。在油料植物中，儲存在植物油體中的主要物質是三酰甘油(TAGs)。三酰甘油中脂肪酸的組成決定了植物油的利用價值。蓖麻籽中三酰甘油含量范圍在39.6%～59.5%，其中含有特殊的羥化脂肪酸——蓖麻油酸(Ricinolic acid)，蓖麻油酸是一種羥基脂肪酸(HFA)，是蓖麻油中的主要成分，約占蓖麻三酰甘油的83.65%～90.00%，平均值達到88.30%[2]。蓖麻是一種高價值的油料作物，蓖麻油衍生物被用于肥皂、潤滑油、液壓油、剎車油、涂料、染料、油墨、耐寒塑料、蠟、上光劑、尼龍、藥品和香水制造等，也是生物柴油的一種潛在來源[1]。鑒于蓖麻作為油脂作物的重要性，尤其是其中的蓖麻油酸具有重要的應用價值，對蓖麻醇酸酯合成代謝及關鍵酶的研究就尤為重要，現就國內外蓖麻醇酸酯代謝及其關鍵酶的有關研究進展概述如下。

1 蓖麻醇酸酯合成代謝

蓖麻醇酸酯以脂酰甘油形式存在，其中三蓖麻油酰甘油(RRR)約占71%，含2個蓖麻油酰基的三酰甘油(RR-TAG)約占18%。RR-TAG中，二蓖麻油酰油酰甘油(RRO)約占8.8%，二蓖麻油酰亞油酰甘油(RRL)約占6.6%[3]。

隨著近年來分子生物學和基因工程技術的發展，蓖麻醇酸酯的合成代謝已有一定的進展[4-10](如圖1)。TAG的合成主要通過兩個途徑，即脂酰-CoA依賴途徑(Kennedy途徑)和非脂酰-CoA依賴途徑。油酰-ACP在質體中合成，經脂酰-ACP硫酯酶(AAT)水解后產生的游離油酸迅速經脂酰-CoA合成酶(ACS)催化形成油酰-CoA，同時被輸出質體，進入酰基池，作為蓖麻醇酸酯合成的原料。油酰-CoA進入內質網，經酰基編輯途徑形成蓖麻油酰-CoA，即由溶血磷脂酰膽堿酰基轉移酶(LPCAT)轉移油酰-CoA的油酰基團到磷脂酰膽堿(PC)的sn-2位，作為油酰-12-羥化酶(FAH12)的底物，FAH12將sn-2-油酰基催化形成sn-2-蓖麻油酰基。磷脂酶A2(PLA2)優先從PC的sn-2位上釋放蓖麻油酸，同時釋放溶血磷脂酰膽堿(LPC)，通過LPCAT催化再次形成sn-2-油酰-PC重復作為FAH12的底物。該蓖麻油酸經長鏈脂酰-CoA合成酶(LACS)催化轉化為蓖麻油酰-CoA，進入酰基池作為酰基供體進入脂酰-CoA依賴途徑，在甘油骨架上連續發生酰基化反應生成TAG。在蓖麻油酰-CoA依賴途徑中，第1個酰基化反應是由甘油-3-RL-DAG，1-蓖麻油酰-2-亞油酰-二酰甘油；RLR，1,3-二蓖麻油酰-2-亞油酰-甘油；RRRL，(12-蓖麻油酰蓖麻油酰)-蓖麻油酰-亞油酰-甘油；RO-DAG，1-蓖麻油酰-2-油酰-二酰甘油；ROR，1,3-二蓖麻油酰-2-油酰-甘油；RRRO，(12-蓖麻油酰蓖麻油酰)-蓖麻油酰-油酰-甘油；PE，磷脂酰乙醇胺；RR-DAG，1,2-二蓖麻油酰-二酰甘油；RRRR，(12-蓖麻油酰蓖麻油酰)-二蓖麻油酰-甘油；MAG，單酰甘油。FAD，油酰脫氫酶；TAGAT，三酰甘油酰基轉移酶；CPT，膽堿磷酸轉移酶；EPT，磷脂酰乙醇胺轉移酶；PAP，磷脂酸磷酸酶；FAH，脂肪酸羥化酶；FAS，脂肪酸合成酶。

圖1 蓖麻醇酸酯代謝途徑

注：點畫線表示脂酰-CoA依賴途徑，長虛線表示非脂酰-CoA依賴途徑，短虛線表示蓖麻油酸被1、2或3個多羥脂肪酸替代進入三酰甘油，下劃線文字表示本文中介紹的關鍵酶。

磷酸酰基轉移酶(GPAT)催化脂酰基轉移到甘油-3磷酸(G-3-P)sn-1位點上形成溶血磷脂酸(LPA)。第2個酰基轉移酶，溶血磷脂酸酰基轉移酶(LPAAT)催化LPA sn-2位點酰基化產生磷脂酸(PA)。PA在磷脂酸磷酸酶(PAP)作用下去磷酸化產生二酰甘油(DAG)。第3個酰基轉移酶，二酰甘油酰基轉移酶(DGAT)催化DAG sn-3位點酰基化反應形成TAG。這些酰基轉移酶的脂肪酸特異性決定了TAG中脂肪酸的組成。在非脂酰-CoA依賴途徑中，可以經過不同路徑形成TAG，一方面磷脂︰二酰甘油酰基轉移酶(PDAT)直接將蓖麻油酰-PC sn-2位點上的酰基基團轉移給DAG的sn-3位點，形成TAG，同時釋放的LPC可再次經過LPCAT進入酰基編輯途徑；另一方面，磷脂酰膽堿二酰甘油膽堿磷酸轉移酶(PDCT)將蓖麻油酰-PC上的膽堿磷酸基團轉移到油酰-DAG形成蓖麻油酰-DAG和油酰-PC，蓖麻油酰-DAG進入合成TAG的途徑；而油酰-PC進一步被編輯形成蓖麻油酰-PC，最終進入TAG合成途徑；還有一種可能是二酰甘油轉酰基酶(DGTA)直接將DAG上的脂酰基轉移到另一DAG上形成TAG，但至今沒有克隆到該酶基因的cDNA[11]。在蓖麻中發現多羥脂肪酸及四酰甘油后，蓖麻醇酸酯代謝途徑中增加了含多羥脂肪酸的TAG和四酰甘油的代謝(如圖1)。

2 蓖麻醇酸酯合成代謝關鍵酶

2.1 脂酰-ACP硫酯酶

脂酰-ACP硫酯酶(AAT)是催化植物質體中脂肪酸合成的最后一步，水解脂酰-ACP中間體釋放自由脂肪酸，通過脂酰-CoA合成酶輸出到細胞質[12]。依據氨基酸序列和底物特異性不同，這些酶被分為2個家族：FatA和FatB[13]。FatA存在于所有植物，對油酰-ACP底物有高特異性。FatB在輸出不飽和脂肪酸中起作用，被分為FatB1和FatB2兩個子類。FatB1，存在于所有的植物，對長鏈脂酰-ACP有特異性，特別是棕櫚酰-ACP[14]；FatB2，對中、短鏈脂酰-ACP有特異性，并且發現只存在于在種子油中積累C8～C14脂肪酸的植物種類中[15]。由于這些硫酯酶決定了輸出質體的脂肪酸種類，使其成為控制種子油脂肪酸組成的重要靶標。目前蓖麻種子的FatA和FatB均被克隆、測序和鑒定[16]，分別為RcFatA和RcFatB，且均為單拷貝基因。RcFatA和RcFatB的開放閱讀框分別編碼371和419個氨基酸殘基，分子質量分別為42.2ku和46.5ku，等電點分別為6.7和7.0。通過實時定量RT-PCR研究蓖麻不同發育時期種子和營養組織的AAT基因的表達水平顯示，此酶受到胚胎發育的時序調控。在蓖麻種子發育的3～5期RcFatA和RcFatB基因表達水平最高，與油脂積累時期相一致[17]，而在其他時期表達量顯著降低。與擬南芥不同的是，RcFatB在種子1～4期及所研究的各營養組織中的表達水平比RcFatA要高，而在擬南芥所有研究材料中FatB的表達水平都比FatA低，且FatB表達量變化不大。研究RcFatA和RcFatB異源表達的大腸桿菌脂肪酸組成發現，與對照相比，RcFatA的表達降低了不飽和脂肪酸的相對含量，而RcFatB的表達正好相反，增加了不飽和脂肪酸的相對含量，因此RcFatA和RcFatB分別作用于不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸，釋放的游離脂肪酸可能進入β-氧化途徑降解。利用離子交換層析分別分離純化大腸桿菌表達的RcFatA和RcFatB后，利用相同濃度的不同脂酰-CoA作為底物，分析他們的底物特異性，結果發現RcFatA對棕櫚酰-ACP和軟脂酰-ACP催化效率低，而對油酰-ACP和棕櫚油酰-ACP催化效率高，且對油酰-ACP底物有最高活性；與其他FatB蛋白對油酰-ACP催化活性低不同的是，RcFatB對油酰-ACP有最高催化活性，對棕櫚酰-ACP雖具有高催化活性，但比其他FatB對棕櫚酰-ACP的催化活性低。兩個酶的最大反應速度的區別是：1)RcFatA催化油酰-ACP及棕櫚油酰-ACP的反應速度非常大；2)兩者催化飽和脂肪酸的反應速度差別不大。對油酰-ACP作為底物的最大反應速度，RcFatA比RcFatB高一個數量級，而對棕櫚酰-ACP最大反應速度，RcFatA是RcFatB的7倍。RcFatA和RcFatB在不同底物情況下，Km值相差不大，但由于最大反應速度的不同，其kcat和催化效率(kcat/Km)顯著不同。RcFatA的kcat和催化效率顯著高于其他已研究的FatA，而與此相反的是，RcFatB的kcat小于其他已研究的FatB，但由于具有低Km值，其催化效率相似。提取3～4期蓖麻種子的粗勻漿和可溶性成分，研究硫酯酶活性，分析顯示去除膜蛋白后的可溶性成分有更高的硫酯酶活性，催化油酰-ACP水解的活性最高，而催化棕櫚酰-ACP和軟脂酰-ACP的活性是催化油酰-ACP活性的3.5%，催化棕櫚油酰-ACP的活性是催化油酰-ACP的11%。以上結果均顯示了RcFatA和RcFatB對底物的特異性，RcFatA對油酰-ACP的高催化效率和RcFatB對油酰-ACP的特異親和力共同作用，使蓖麻中積累更多的蓖麻醇酸酯[16]。

2.2 蓖麻油酰-12-羥化酶

蓖麻油酰-12-羥化酶(FAH12)，將磷脂酰膽堿上sn-2-油酰基催化形成sn-2-蓖麻油酰基。Van de Loo等[18]通過差異篩選，從發育蓖麻胚乳的cDNA文庫中富集種子特異性克隆，克隆到FAH12全長cDNA克隆，包括186bp的5’非編碼區、1161bp的開放閱讀框、101bp的3’非編碼區。開放閱讀框編碼387個氨基酸殘基的蛋白質，預計分子質量為44.4 ku。FAH12序列包括3個富含組氨酸模序(在殘基108-113，145-149和319-323)，在所有膜結合脫氫酶中是保守的，并且認為在這些酶活性位點的形成是非常重要的。FAH12探針和基因組DNA嚴格雜交表明，這一克隆在蓖麻中為單拷貝基因[18]。同樣，通過Blast搜尋整個蓖麻基因組，也確信FAH12基因為單拷貝[1]。

Van de Loo等[18]進一步通過Northern雜交分析了FAH12的表達模式。FAH12探針與發育種子中約等于1.6kb的單鏈RNA有雜交信號，與葉RNA無任何可見的雜交信號，但過度曝光后，在葉中也可以檢測到同樣大小的條帶，同時在種子中的雜交帶則非常寬，證明FAH12在種子中相對特異性表達。通過種子cDNA文庫與FAH12基因嚴格雜交顯示文庫中有1/560的克隆是FAH12，也證明FAH12在種子中是特異性強表達。將CMV 35S啟動子后接FAH12 cDNA來轉基因煙草，通過對獲得的T2代轉基因煙草葉片脂肪酸組成的色譜分析，發現除了蓖麻油酸之外，脂肪酸的組成在轉基因植株和對照植株沒有發現顯著性差異，表明此克隆編碼蓖麻油酰羥化酶，即油酰-12-羥化酶。

FAH12的cDNA在轉基因擬南芥[19]和轉基因亞麻薺[20]中表達均有HFA的積累。盡管HFA在擬南芥中合成并形成三酰甘油，但與天然存在的蓖麻籽種子油HFA的積累水平相比，積累水平很低。經過許多研究者的努力，在轉基因FAH12擬南芥中HFA的含量最高約占種子總脂肪酸的17%[19]，即使使用脂肪酸脫氫酶或脂肪酸延長酶的缺失突變體表達FAH12，在擬南芥種子中HFA的含量也小于20%[21]。同樣，在其他工業用脂肪酸轉基因植物中也只積累有限的相應脂肪酸[22]，這些不盡人意的結果說明蓖麻籽中積累大量的蓖麻醇酸酯不僅僅是FAH12的作用，同時也需要其他的酶來共同促進蓖麻醇酸酯的積累。

2.3 二酰甘油酰基轉移酶

二酰甘油酰基轉移酶(DGAT)是一種跨膜酶，催化脂酰-CoA為底物在sn-1,2-二酰甘油(DAG)sn-3位上酰化形成TAG，是TAG生物合成的最后一步，被認為是很多油料種子中合成TAG的關鍵酶[23]。有兩種不同的DGAT，即DGAT1和DGAT2，分別屬于不同的基因家族，普遍存在于真核細胞中。已有報道，蓖麻中也存在這2種酶[24-26]。

He等[24]在蓖麻種子中克隆到一個RcDGAT1基因，編碼521個氨基酸殘基，分子質量為59.9 ku，序列全長為2067bp，包括266bp的5’非編碼區和235bp的3’非編碼區，為單拷貝基因。利用RT-PCR技術研究發現蓖麻種子發育過程中RcDGAT1的表達模式與FAH12表達模式有很大差別，說明此RcDGAT1蛋白水平及酶活性受到轉錄后水平的調控。檢測RcDGAT1對DAG的特異性發現，RcDGAT1優先利用RR-DAG形成TAG。提取不同發育時期的蓖麻種子，經Western雜交后發現，RcDGAT1蛋白在26DAP時出現，持續增長到47DAP，并且在54DAP時仍保持較高水平，然后快速降低，在61DAP時降到很低水平[24]。之前預測的RcDGAT1蛋白的分子質量為60 ku，但在蓖麻總蛋白提取物中檢測到的RcDGAT1只有50 ku，顯示RcDGAT1蛋白存在翻譯后加工的過程，在26DAP和33DAP的微粒體制備物中可以觀察到全長的RcDGAT1蛋白。RcDGAT1活性在19DAP前幾乎檢測不到，26DAP時增長到顯著水平，40DAP時達到最大，之后到54DAP快速降低，與TAG合成相一致，從側面說明RcDGAT1與TAG的合成密切相關[17]。但RcDGAT1轉化到含FAH12基因的擬南芥中并沒有顯著增加HFA的含量[22]。Kroon等[25]克隆RcDGAT2基因，在基因組中為單拷貝基因，并進一步利用實時定量PCR研究了RcDGAT1和RcDGAT2的時間和組織特異性表達模式，結果發現，RcDGAT1在葉子和不同時期的種子中表達水平相差不多，且最大表達量在種子10DAP，之后降低；與之顯著不同的是，RcDGAT2的在種子中的表達與葉子中的表達相比，最多增大18倍(25DAP)。

FAH12在擬南芥中表達時最多產生17%的HFA，Burgal等[22]利用發育中蓖麻種子建立的cDNA文庫，設計簡并引物，得到幾個編碼蓖麻種子油代謝途徑相關酶的cDNA克隆。這些cDNA在FAH12轉基因擬南芥植株中的表達顯示，蓖麻RcDGAT2可使HFA從17%增加到近30%，且與對照相比，并不影響種子大小及總TAG的積累。RcDGAT2唯一獨特的明顯特點是N-端12個殘基的區域，包含9個天冬酰胺殘基，其中6個是連續的。此區域的功能重要性，以及對HFA底物高親和性的決定因素，需進一步試驗驗證。經研究后發現，RcDGAT2更偏好蓖麻油酰-CoA的酰基供體和包含HFA的的二酰甘油底物，進一步在酵母細胞中表達RcDGAT2，經過生化分析，證實了對含HFA的二酰甘油底物的強烈偏好[22]。酶促分析顯示，重組RcDGAT2對蓖麻油酰-DAG的偏好比油酰-DAG或亞油酰-DAG高近10倍，RcDGAT2 mRNA在發育種子各個時期中的積累比RcDGAT1均要高，且在種子發育過程中表達先增加后減弱。Li等[27]通過實時定量PCR發現蓖麻發育種子中RcDGAT2表達水平比在不積累獨特脂肪酸的大豆或擬南芥高的多。這些研究結果說明在蓖麻TAG生物合成中RcDGAT2對于蓖麻油酸的積累有非常重要的作用[10]。

2.4 磷脂︰二酰甘油酰基轉移酶

磷脂︰二酰甘油酰基轉移酶(PDAT)是一種在種子成熟過程中不依賴于脂酰-CoA的TAG合成酶，通過催化磷脂sn-2位點上的酰基轉移到DAG sn-3位點上形成TAG和LPC[28]。PDAT在酵母中首次報道，由LOR1編碼[29]。Dahlqvist等[29]利用蓖麻微粒體制備物可以將2-[14C]蓖麻油酰-DAG作為底物形成TAG，證明在發育的蓖麻微粒體制備物中具有PDAT活性，且對蓖麻油酸具有高特異性。Kim等[28]從蓖麻中克隆到3個PDAT基因，分別為RcPDAT1-1、RcPDAT1-2、RcPDAT2，其中RcPDAT1-1和RcPDAT2分別與擬南芥PDAT1-1和PDAT2具有相同的基因結構和表達模式，RcPDAT1-1定位于內質網，在其他組織中表達量較種子中多，兩者分別與FAH12在擬南芥中共表達，并不增加HFA的含量。RcPDAT2定位于內質網膜；而RcPDAT1-2為蓖麻中所特有，在擬南芥中沒有發現有相應基因，由PDAT1進化，也定位于內質網，并與合成蓖麻油酸的FAH12基因有相同的種子表達優勢，對HFA具有特異活性，含FAH12基因的擬南芥植株中表達RcPDAT1-2顯著增加HFA的產量(增加到25%)，同時減少油酸含量，并且顯著增加種子中TAG的含量，增加粒重，還對種子發芽和生長沒有有害的影響。進一步研究顯示即使FAH12、RcPDAT1-2與RcDGAT2共表達，與含FAH12和RcPDAT1-2基因的植株相比，并沒有顯著增加HFA的含量，可能原因是RcPDAT和RcDGAT兩者競爭轉移HFA到DAG的sn-3位點。van Erp等[30]從cDNA文庫克隆了RcPDAT1A、RcPDAT1B和RcPDAT2，RcPDAT1A和RcPDAT1B在氨基酸水平上和AtPDAT1的相似性分別為83.8%和87.3%，RcPDAT2和AtPDAT1相似性為73.9%，而和AtPDAT2相似性為78%。使RcPDAT1A與FAH12共表達，HFA顯著性增加到27%，分析種子發育過程中不同酯的脂肪酸組成，顯示TAG中HFA增加的同時PC中的HFA顯著減少。這些研究說明PDAT在蓖麻中積累大量HFA中起到重要作用。van Erp等[30]還進行了FAH12、RcPDAT1A和RcDGAT2 3個基因在擬南芥中的共表達，結果顯示在擬南芥種子中HFA含量增加了約1.3%，其原因可能是所用啟動子強度不同所導致。由于2篇文獻中對PDAT的命名差別，對這些序列進行了比對后發現，RcPDAT1-1和RcPDAT1B序列相同，RcPDAT1-2與RcPDAT1A序列99%相同，2篇文獻中的RcPDAT2序列有99%相同。這些結果表明蓖麻子中特異性的PDAT在轉基因植物中產生含HFA的TAG合成中是一個關鍵酶。

2.5 磷脂酰膽堿二酰甘油膽堿磷酸轉移酶

磷脂酰膽堿二酰甘油膽堿磷酸轉移酶(PDCT)，通過催化DAG和PC間膽堿磷酸頭部的交換而相互變化，使DAG中的油酰基進入PC，經酰基編輯后形成蓖麻油酰基，再次形成DAG。Lu等[31]報道了PDCT是種子中TAG積累過程中不飽和脂肪酸合成所必須的酶，在野生型擬南芥中，種子TAG中有49.1%的脂肪酸是多不飽和脂肪酸(亞油酸和亞麻酸)，這些脂肪酸是在內質網分別由脂肪酸脫氫酶FAD2和FAD3催化油酰-PC形成，而在PDCT缺陷的rod1突變體中，這些脂肪酸在TAG中只占29.4%，說明有40%的油酸通過PDCT經脂酰-PC形成亞油酸和亞麻酸。在油積累種子組織中rod1基因的高表達與突變分析及酶學分析相一致，顯示PDCT催化的PC與DAG的互變在TAG中富集多不飽和脂肪酸是一種重要的機制[31]。

在蓖麻中此酶由RcROD1編碼，包含285個氨基酸殘基，與擬南芥AtROD1序列相比，兩者在N末端和C末端有很大不同，而在中間區域有70%的同一性，存在與AtROD1相同的跨膜區和催化位點。雖然兩者在序列上有很大差異，在酵母中表達AtROD1和RcROD1均有PDCT活性，且RcROD1的活性要比AtROD1高，但兩者對蓖麻油酰-PC均不顯示有偏好。Hu等[32]研究發現：第一，與RcPDAT1A表達系相似，RcROD1表達系增加TAG中HFA含量，而減少PC中HFA含量，顯示PDCT可以有效的將在PC中產生的HFA轉移；第二，RcROD1顯著增加包含HFA(尤其是含2個和3個HFA)的TAG含量。在含2個HFA的TAG中，RcROD1可使sn-2位點含HFA增加，而使sn-1/3位點的HFA降低。由于HFA是由FAH12作用于PC的sn-2位點，超表達RcROD1可以增強sn-2位點上HFA從PC到DAG的轉移，從而產生更多的sn-2 HFA-DAG，之后經DGAT和PDAT催化在DAG sn-3位點含HFA的TAG，從而產生更多的含HFA的TAG。第三，PDCT增加形成PC的酰基流的同時降低PC外途徑的延長反應。通過減少作為DGAT2底物的羥化脂酰-CoA，快速的PC-DAG互相轉變可能對對酰基編輯有影響；最后，RcROD1補償了由于表達FAH12的種子油含量的降低。這些結果都顯示蓖麻PDCT有效轉化PC(特別是羥化脂酰-PC)形成DAG，最終形成TAG[32]。

3 結束語

蓖麻油是蓖麻油酸的唯一商業來源。然而，蓖麻子含有蓖麻毒蛋白、蓖麻堿、過敏原等毒素，這使得它在種植，收割和加工中存在著危險，并且種子必需人工收割，不適宜大面積種植。油酰-12-羥化酶的克隆為我們進行其它油料作物的分子育種提供了機會，但與天然蓖麻相比，在擬南芥中的表達結果不理想，種子油中只有低水平蓖麻醇酸酯的積累。有兩個反應能導致蓖麻油酸水平的降低，一是油酰脫氫酶與油酰羥化酶競爭油酸庫，另一個是蓖麻油酸的延長反應和進一步脫氫反應。了解蓖麻組裝TAG的過程及積累近90%的蓖麻油酸的特異性的原因是成功進行基因改良作物研究的基礎，同時，相關脂類的基本代謝途徑的研究也有利于通過基因工程生產其他的高經濟價值的脂肪酸。經過進一步研究，蓖麻醇酸酯在蓖麻種子中的大量積累，是相關酶對底物特異性選擇的結果，現已確定了幾個關鍵酶促步驟，包括：AAT[16]、FAH12[18]、DGAT[22]、PDAT[28,30]、PDCT[31]、PLA2[33]、LPCAT[34]等，使得利用遺傳工程手段調控脂肪酸代謝途徑、改變脂肪酸成分成為可能，為生產無蓖麻毒蛋白的轉基因植物提供可能，同時為提高植物脂作為大量可再生的低碳資源提供了機遇。在過去的許多年里，人們已經意識到在代謝工程中僅對單個基因進行操作產生的價值有限，因此，為達到最佳的代謝通量應著眼于更復雜的途徑，即同時涉及多個基因的過表達或抑制[35]。Brown等[36]研究發現，蓖麻油酰-CoA并不是發育中種子胚乳的主要脂酰-CoA，顯示在此組織中代謝通路和酶底物的選擇性對于三酰甘油合成是非常重要的，通過對組織特異性的全轉錄組測序并分析后，獲得一些可能對RRR合成有重要作用的候選基因，在轉基因植物中進一步表達這些基因可能使其產生的HFA水平更高。實踐表明，脂類的積累涉及到多條生物合成與分解代謝途徑，不可能通過特異表達一種基因來大幅提高脂類含量，而調控相關轉錄因子，帶動代謝途徑中一系列基因超量表達，可以使脂類水平大大提高。最近，在突變擬南芥種子中鑒定出WRI1(Wrinkled 1)轉錄因子，在擬南芥WRI1突變種子中TAG含量與野生型相比降低了80%。超表達WRI1可顯著增加種子TAG含量。在玉米中超表達WRI1基因，種子含油量提高48%，擬南芥中異源表達油菜WRI1，種子含油量提高了10～40%，說明WRI1基因在提高植物種子含油量育種方面具有很高的應用價值[36]。Tajima等[37]依據蓖麻全基因組序列，鑒定了幾個與WRI1同源的基因，經半定量PCR及免疫印跡試驗，結果顯示RcWRI1可能在種子發育過程中對于TAG儲存具有重要作用。Brown等[36]也得到了一些在蓖麻油代謝中有作用的轉錄因子，研究這些轉錄因子的基因表達將有助于揭示這些轉錄因子調控蓖麻油合成機理，同時對于進一步改良油料作物含油量有重要的理論意義和實際意義。

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