耕地不够？给植物贴贴膘

植物油通常用于食品加工、生物燃料、肥皂和香水等产业中。2021年植物油的全球市场价值估计为2414亿美元，预计到2027年将增加到3241亿美元[1]。提高植物油产量也有助于世界寻求可持续发展，减少产油作物所需的耕地数量。

2027年植物油的全球市场价值将增加到3241亿美元丨参考文献[1]

设法让作物种子中产生更多油是农业的一大研究热点。然而，大多数产油作物——如油棕、大豆、向日葵、油菜籽、花生——的果实或种子中已经含有高比例的油，很难通过传统的作物杂交方法增加其含油量。

要想帮助植物在种子中储存更多油，秘诀在于一种植物蛋白质WRINKLED1（WRI1）。二十多年来，科学家们已经证实WRI1在控制植物籽油生产方面起着重要作用。

新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University，NTU）的科学家成功地对WRI1进行了基因改良，这种蛋白控制着植物种子和食用坚果中的油积累。对拟南芥（Arabidopsis thaliana）实施这种改良后，植株种子中的油增幅达15%至18%。

今年，NTU生物科学学院高永贵副教授所在团队首次对WRI1的高分辨率结构进行了描绘和报告，相关文章发表在期刊《科学进展》（Science Advances）上，详细介绍了WRI1的分子结构以及它如何与植物DNA结合，向植物发出信号，进而增加种子油含量。

文献截图丨参考文献[2]

为提高植物油产量，该团队基于已揭示WRI1-DNA复合物的原子结构，修饰了WRI1以增强其对DNA的亲和力，增加油产量。在实验过程中，他们选择WRI1中的某些部分加以修饰，并产生了几种候选WRI1。

接着，研究人员对这些候选WRI1做进一步测试，以评估它们激活植物细胞产油的能力。实验结果表明，与原始WRI1相比，修改版本的WRI1结合的DNA增加了十倍，对应种子的油含量也更高。

高永贵表示，要理解植物生产油的过程，不但需要准确地看到WRI1的结构，还需要了解它如何与相关DNA结合。这一过程中，WRI1蛋白是一种重要的调节剂，它可以通知植物在种子内储存多少油。他们的工作相当于先看清WRI1这把“锁”，再去设计释放WRI1潜力的“钥匙”。

在原子水平上分析WRI1蛋白的晶体结构及其结合的双螺旋DNA链后，研究小组注意到该DNA结合域具有广泛保守的特性。这意味着不同种植物的WRI1蛋白几乎没有变化，也可能是许多植物的共同结合机制。

先以WRI1的晶体结构为“靶标”修饰WRI1，增强蛋白质与其靶DNA的结合亲和力；再将编码这种修饰的WRI1蛋白的“指令”导入目标植物细胞，植物将在产生WRI1时使用这套新的“指令集”。

为观察修饰WRI1如何影响油积累，研究人员将修饰蛋白质和原始蛋白质分别注射到本氏烟草叶（Nicotiana benthamiana）中，并对三酰甘油（triacylglycerol，脂肪和油中膳食脂质的主要形式）水平进行分析。与注射原始WRI1的对照植株相比，经修饰WRI1蛋白处理的植株能检测到更显著的三酰甘油峰值。

随后的实验表明，处理组拟南芥种子中的油含量比对照组更多。这种转基因植物的后代也携带相同的改良WRI1蛋白，并在种子中产生更多的油。

“我们知道WRI1是一种与植物DNA序列结合并引发特定指令链的蛋白质，该指令链调节种子中油的积累。WRI1与特定区域DNA结合力越强——植物在其种子中浓缩的油就越多。该靶DNA在许多种子植物中高度保守，意味着许多植物具有完全相同的机制，因此，我们选择改进WRI1与其靶DNA结合的这一部分，在未来也能轻松地将我们的产油改良转化到许多不同类型的作物上。”马教授解释道。

“植物籽油对人类饮食至关重要，并有许多重要的工业用途。全球对植物油的需求正在迅速增加，我们的研究有助于可持续地改善种子油生产，并有可能减少农业对环境的影响。”马教授补充道。

展望未来，该团队已为这个基因修饰方法申请了专利，并正在寻找行业合作伙伴将他们的发明商业化。

“在一个农用耕地有限的世界中，如果我们希望解决世界饥饿问题，就需要先进的技术来种植更多具有更高营养价值的粮食。当我们能够增加可食用种子和坚果中的脂肪含量时，由于摄入的卡路里增加，一个人可以吃得更少，但仍然感到饱腹。因此，与其种植更多的作物来养活更多的人，我们也倾向于研究令作物具有更多卡路里和营养的方法，这样相同数量的食物可以养活更多的人。”著名食品安全专家陈教授点评道。

参考文献

[1] Vegetable oil (palm oil, canola oil, coconut oil and soybean oil) market: Global Industry Trends, share, size, growth, opportunity and forecast 2022-2027. Research and Markets - Market Research Reports. Retrieved October 5, 2022, from https://www.researchandmarkets.com/reports/5633273/vegetable-oil-palm-oil-canola-oil-coconut-oil

[2] Qiao, Z., Kong, Q., Tee, W. T., Lim, A. R., Teo, M. X., Olieric, V., ... & Gao, Y. G. (2022). Molecular basis of the key regulator WRINKLED1 in plant oil biosynthesis. Science advances, 8(34), eabq1211. DOI: 10.1126/sciadv.abq121

[3] https://www.eurekalert.org/news-releases/970740