多年以来，通过基因工程手段在油料作物中过量生产不饱和脂肪酸或特殊脂肪酸会导致种子活力和含油量下降，从而制约了相关脂肪酸产量的进一步提高，是该领域公认的技术瓶颈。研究发现，由于不饱和脂肪酸超量积累会导致油脂代谢紊乱和激活糖脂代谢的负反馈调控机制，最终影响油脂积累甚至胚胎发育。目前，不饱和脂肪酸以及特殊脂肪酸超量积累引起的胚胎发育障碍的机理还有待于进一步深入研究。

近日，华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授团队在The Plant Journal期刊在线发表了题为“Ultra-High α-Linolenic Acid Accumulating Developmental Defective Embryo was Rescued by Lysophosphatidic Acid Acyltransferase 2”的研究论文。该研究解析了亚麻酸大量合成引起胚胎发育障碍的机理，为特殊脂肪酸生产提供借鉴。

栗茂腾教授团队通过在拟南芥中超表达来自Camlina的脂肪酸脱氢酶3(Fatty acid desaturase 3, FAD3) 基因，获得了亚麻酸积累较高的转基因种子（FAD3-OE）。但超表达FAD3基因的种子表现出籽粒干瘪、含油量下降和萌发率低等突变表型。深入研究发现，已有的高亚麻酸积累的种质资源中，亚麻酸合成和积累需要一种极性运输机制将亚麻酸从磷脂转移到甘油三酯上，并储存在油体中，从而避免亚麻酸在磷脂上遭受氧化。该研究表明，FAD3-OE突变体中脂肪酸合成、糖酵解及油菜素内酯合成等通路受到显著抑制；而脂肪酸降解、内质网胁迫和氧化胁迫反应通路被激活。由于FAD3-OE种子中过量合成的亚麻酸被释放到细胞质中以游离脂肪酸的形式存在，继而对内质网氧化胁迫。亚麻酸和特殊脂肪酸在积累过程中存在很高的相似性，因此，FAD3-OE突变体也为特殊脂肪酸生产提供了新的研究模型。

在上述研究基础上，研究团队进一步通过筛选，得到了可使FAD3-OE突变体种子恢复饱满的溶血磷脂酸酰基转移酶基因（Lysophosphatidic acid acyltransferase2, LPAT2）。在FAD3-OE的遗传背景下超表达LPAT2可显著提高种子含油量的同时亚麻酸产量也提高了2倍以上。游离亚麻酸在超表达LPAT2株系种子中的含量大大降低，减少了对胚胎细胞的胁迫。超表达LPAT2提高了二酰基甘油等油脂积累通路中的关键代谢物含量最终提高亚麻酸的特异积累。该研究成功突破了种子中超高亚麻酸积累引起胚胎发育障碍的技术瓶颈，也为特殊脂肪酸生产提供了借鉴。

论文通讯作者为华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授，以及来自华中科技大学大学生创新创业训练计划项目小组成员也参加了相关研究工作。该研究得到国家重点研究发展计划、国家自然科学基金、中国博士后基金等项目的资助。