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油菜团队首次发现有工业价值特殊脂肪酸
发布时间:2018-08-31

核心提示: 8月27日,我校油菜团队张椿雨教授等人经跨多学科通力合作,以我校为第一单位在Nature Plant在线发表了题为“脂肪酸不连续延长触发了诸葛菜高性能双羟基油脂的合成”的研究论文,李向俊博士为论文的第一作者。

南湖网讯(通讯员 令娟 李向俊)8月27日,我校油菜团队张椿雨教授、我校教育部长江讲座教授Edgar B. Cahoon与印第安纳大学-普渡大学的Robert E. Minto教授、美国北德克萨斯大学Kent Chapman教授和Diana Berman教授跨多学科通力合作,以我校为第一单位在Nature Plant在线发表了题为“脂肪酸不连续延长触发了诸葛菜高性能双羟基油脂的合成”(“Discontinuous Fatty Acid Elongation Yields Hydroxylated Seed Oil with Improved Function”)的研究论文,李向俊博士为论文的第一作者。

该研究在诸葛菜种子中首次发现了有工业价值的新型双羟基特殊脂肪酸,分别命名为武汉脂肪酸和内布拉斯加脂肪酸,同时揭示了该特殊脂肪酸形成的代谢途径,并在此基础上就其工业用途申请了美国专利。该研究同时获得领域内知名学者美国密西根州立大学John Ohlrogge教授和瑞典农大Sten Stymne教授的肯定和点评。

传统试验结果认为十字花科的诸葛菜(又名二月兰,Orychophragmus violaceus)籽粒富含亚油酸(C18:2)。但张椿雨教授利用薄层析技术分析诸葛菜籽油时发现其脂肪酸存在较多极性修饰且与已知的含单羟基脂肪酸极高的蓖麻子油不同,因此判断该脂肪酸应该是一种新型的特殊脂肪酸。为了解析其结构,遂与我校长江讲座教授Edgar B. Cahoon(脂类代谢专家)、印第安纳大学-普渡大学的Robert E. Minto教授(分子化学结构专家)展开合作,最终鉴定出该特殊脂肪酸的结构,分子式为:7,18 (OH)2-24:2Δ15,21 和7,18 (OH)2-24:1 Δ 15。为了纪念这一重要发现,分别将它们正式命名为武汉脂肪酸和内布拉斯加脂肪酸。

进一步的代谢途径研究发现,该特殊脂肪酸C18处的羟基主要是在经典的FAD2型羟基化酶催化下完成,C7位的羟基是在脂肪酸延伸过程中,一个功能发生分化的FAE1酶作用下通过“不连续延伸”(18碳的羟基脂肪酸延伸产生的20碳中间产物在没有进行脱水反应的情况下直接进入了下一轮的延伸,形成了C5羟基脂肪酸,再经过一轮正常脂肪酸延伸而形成C7羟基脂肪酸)的方式形成,该24碳双羟基脂肪酸即内布拉斯加脂肪酸,武汉脂肪酸则是在C21位多了一个双键。

蓖麻籽油富含单羟基脂肪酸(12-OH-9-十八烯酸),是一种可再生、高性能植物润滑油。为了验证双羟基脂肪酸在工业用油中的价值,项目团队通过与北德克萨斯大学的Kent Chapman教授(油脂代谢专家)和Diana Berman教授(工业用油研究专家)合作系统评价了诸葛菜籽油的特性,研究发现该油具有优异的高温润滑性能,远远优于蓖麻籽油,是一种非常有价值的新型工业用油。在此基础上,就其工业用途共同申报了题目为“LIQUID AND SEMISOLID LUBRICANT COMPOSITIONS, METHODS OF MAKING, AND USES THEREOF”的美国专利

本课题得到了国家自然科学基金(grant no. 31370286)和我校自主创新(program no. 2015RC010 to Edgar Cahoon)等项目的资助。

研究论文链接:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0225-7

点评文章链接:https://www.nature.com/articles/s41477-018-0233-7

【课题组简介】坚持理论与实践相结合理念,张椿雨教授课题组长期从事维生素E代谢调控及其它脂类代谢研究,揭示了叶绿素合成酶基因是油菜籽粒维生素E合成的“负调控因子”等结论为油菜维生素E基因工程研究提供了重要理论依据。相关研究论文发表在The Plant Journal (2013, https://doi.org/10.1111/tpj.12067), Journal of Experimental Botany (2013,https://doi.org/10.1093/jxb/ert156);Plant Physiology (2014, https://doi.org/10.1104/pp.114.243709;2015,https://doi.org/10.1104/pp.15.00594);Plant Biotechnology Journal(2017, https://doi.org/10.1111/pbi.12799)。此外,针对近年来我国油菜产业面临根肿病的严重威胁,选育并登记了我国首批两个油菜抗根肿病新品种“华油杂62R”和“华双5R”,组织召开了2017年国际根肿病学术研讨会、全国性抗根肿病新品种选育与综合防治现场会等活动多场次,在行业内产生较大影响。