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新型蛋白可使植物全株生产油脂

来源:未知 编辑:admin 发布时间:2017-08-15

密歇根州立大学的科学家发现了一种新的叶绿体必需蛋白。这项发现使科学家可以设计在叶子、树干或者植物根部产油脂而不是只在种子中产油脂的新的作物。设计改造这种工程作物的实验已经开始:将一种耐寒的根部作物改造为油脂作物。这项研究发表在2008年8月份的《植物细胞》(The Plant Cell)杂志上。

叶绿体是植物细胞中的一种特殊组分,通过光合作用将太阳光、二氧化碳和水转化为糖份和氧气。最新发现的蛋白质命名为rigalactosyldiacylglycerol 4或TGD4,为我们提供了一个了解叶绿素工作机制的途径。

在这个蛋白发现之前,没有人知道叶绿素的工作机制,这个新发现的蛋白质直接影响到光合作用和植物如何产生生物质和油脂——该项目的首席科学家、密歇根大学教授Christoph Benning说。

植物油是生产生物柴油的最好原料之一,热值高、容易提取和转化。但是大部分的油料作物亩产量相对较低,种子只能在一年中的某些固定时间收获。Benning希望改造的新的能源植物不仅可以生产更多的油脂,而且采收、转化更加方便。

在这篇文章中,研究人员揭示了TGD4蛋白在植物产生叶绿素过程中的关键作用。没有这种蛋白的植物在它们生长到胚芽期之前就会死亡。然而经过遗传改造的蛋白会使植物的油脂贮存在错误的地方——不仅在种子中,还会在叶子、茎秆和根部。

脂质合成是生命中的一个重要方面,也是现在我们面临的最大问题之一 。明确脂质的生物化学合成途径将对应用植物生物学有很深远的影响,可以用于增加植物产量,或者使植物生产新的有用物质。——华盛顿州立大学教授John Browse说。

科学家如果了解了TGD4蛋白的作用机制,就有可能改造一种可用于专门生产生物柴油的新型植物。玉米、大豆等大部分生产生物柴油的植物都是在它们的种子中累积油脂。但是科学家发现如果TGD4蛋白功能失调,植物就会在其叶片中积累油脂。如果植物可以在叶片中贮存油脂,每株植物中就可能产生更多的油脂。

Benning教授的团队首先对芜菁甘蓝进行生物学改造,使其变的富含油脂。研究者在芜菁甘蓝中插入了一个调节碳水化合物转化油脂的基因—wrinkled1。这么做的目的是希望可以是芜菁甘蓝的块茎中生产油脂而不是淀粉,从而将这种耐寒的块茎植物改造为适于在密歇根州种植的生物能源作物。研究者要在6个月之后才能知道这项改造会不会有作用。

原文摘要:

Lipid Trafficking between the Endoplasmic Reticulum and the Plastid in Arabidopsis Requires the Extraplastidic TGD4 Protein

The development of chloroplasts in Arabidopsis thaliana requires extensive lipid trafficking between the endoplasmic reticulum(ER)and the plastid.The biosynthetic enzymes for the final steps of chloroplast lipid assembly are associated with the plastid envelope membranes.For example,during biosynthesis of the galactoglycerolipids predominant in photosyn- thetic membranes,galactosyltransferases associated with these membranes transfer galactosyl residues from UDP-Gal to diacylglycerol.In Arabidopsis,diacylglycerol can be derived from the ER or the plastid.Here,we describe a mutant of Arabidopsis,trigalactosyldiacylglycerol4(tgd4),in which ER-derived diacylglycerol is not available for galactoglycerolipid biosynthesis.This mutant accumulates diagnostic oligogalactoglycerolipids,hence its name,and triacylglycerol in its tissues.The TGD4 gene encodes a protein that appears to be associated with the ER membranes.Mutant ER microsomes show a decreased transfer of lipids to isolated plastids consistent with in vivo labeling data,indicating a disruption of ER-to-plastid lipid transfer.The complex lipid phenotype of the mutant is similar to that of the tgd1,2,3 mutants disrupted in components of a lipid transporter of the inner plastid envelope membrane.However,unlike the TGD1,2,3 complex,which is proposed to transfer phosphatidic acid through the inner envelope membrane,TGD4 appears to be part of the machinery mediating lipid transfer between the ER and the outer plastid envelope membrane.The extent of direct ER-to-plastid envelope contact sites is not altered in the tgd4 mutant.However,this does not preclude a possible function of TGD4 in those contact sites as a conduit for lipid transfer between the ER and the plastid.

作者:weiyanjie 点击:

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