研究人员确认增加植物叶片油含量的关键基因

美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究人员确定了在植物叶片和其他营养组织中油类生产和积累所需的关键基因。加强这些基因表达，能够使植物叶片中油含量大幅度增加。这一发现可以增加植物性食物和可再生生物燃料原料的能源含量。该项研究成果已发表于PlantJournal和PlantCell两个杂志上。

研究人员使用一系列的遗传技术手段来测试过度表达基因或敲除基因的效果，使细胞能够确保特定酶参与到油类生产中。研究人员发现，如果将磷脂二酰甘油酰基转移酶（PDAT）的基因敲除，它不会影响种子的油类合成或给植物造成任何影响，但这会显著降低叶片中油类的生产和积累。而如果将PDAT基因过度表达，能够使叶片中油类产量增加60倍。还有一个重要发现是，多余的油类没有与细胞膜脂质混合在一起，但是在叶内细胞中发现了油滴。这些液滴与在植物种子中发现的类似，只是要大很多。它们好像是由种子中发现的小油滴融合在一起形成的。但是这些超大的液滴中的油类很容易被细胞中的酶分解。油滴表面有一种蛋白质称为油体蛋白（oleosin），它会阻止这些液滴融合在一起，使它们保持较小的尺寸同时还可以保护内部的油类。研究发现，同时将PDAT基因与油体蛋白基因过度表达，会使植物叶片油类产量增加130倍。而且，油类会积累在微小的附着油体蛋白的油滴中。

研究人员使用具有放射性的碳（C-14）破解PDAT增加油类产量的生化机制。科研人员追踪被C-14标记的醋酸的摄取物为脂肪酸、膜脂的组成部件和油类。这些研究表明，PDAT可以大幅增加脂肪酸生成的速度。随后，研究人员测试在植物变体中过度表达新确认的增加油类产量的PDAT基因和油体蛋白基因，发现脂肪酸合成的速率升高。在这种情况下，遗传会使植物叶片中油类的生产和积累为之前叶片的170倍，油类会占叶片干重的近10%。

下一步，研究人员将探索过度表达这些关键基因对产油生物质作物（如甘蔗）的影响。这项研究由美国能源部科学办公室（BES）资助。