植物油通常用于食品加工、生物燃料、肥皂和香水等産業中。2021 年植物油的全球市場價值估計為 2414 億美元，預計到 2027 年将增加到 3241 億美元 [ 1 ] 。提高植物油産量也有助于世界尋求可持續發展，減少産油作物所需的耕地數量。
2027 年植物油的全球市場價值将增加到 3241 億美元丨參考文獻 [ 1 ]
設法讓作物種子中産生更多油是農業的一大研究熱點。然而，大多數産油作物——如油棕、大豆、向日葵、油菜籽、花生——的果實或種子中已經含有高比例的油，很難通過傳統的作物雜交方法增加其含油量。
要想幫助植物在種子中儲存更多油，秘訣在于一種植物蛋白質WRINKLED1（WRI1）。二十多年來，科學家們已經證實 WRI1 在控制植物籽油生産方面起着重要作用。
新加坡南洋理工大學（Nanyang Technological University，NTU）的科學家成功地對 WRI1 進行了基因改良，這種蛋白控制着植物種子和食用堅果中的油積累。對拟南芥（Arabidopsis thaliana）實施這種改良後，植株種子中的油增幅達 15% 至 18%。
今年，NTU 生物科學學院高永貴副教授所在團隊首次對 WRI1 的高分辨率結構進行了描繪和報告，相關文章發表在期刊《科學進展》（Science Advances）上，詳細介紹了 WRI1 的分子結構以及它如何與植物 DNA 結合，向植物發出信号，進而增加種子油含量。
文獻截圖丨參考文獻 [ 2 ]
為提高植物油産量，該團隊基于已揭示 WRI1-DNA 複合物的原子結構，修飾了 WRI1 以增強其對 DNA 的親和力，增加油産量。在實驗過程中，他們選擇 WRI1 中的某些部分加以修飾，并産生了幾種候選 WRI1。
接着，研究人員對這些候選 WRI1 做進一步測試，以評估它們激活植物細胞産油的能力。實驗結果表明，與原始 WRI1 相比，修改版本的 WRI1 結合的 DNA 增加了十倍，對應種子的油含量也更高。
高永貴表示，要理解植物生産油的過程，不但需要準确地看到 WRI1 的結構，還需要了解它如何與相關 DNA 結合。這一過程中，WRI1 蛋白是一種重要的調節劑，它可以通知植物在種子内儲存多少油。他們的工作相當于先看清 WRI1 這把 " 鎖 "，再去設計釋放 WRI1 潛力的 " 鑰匙 "。
在原子水平上分析 WRI1 蛋白的晶體結構及其結合的雙螺旋 DNA 鍊後，研究小組注意到該 DNA 結合域具有廣泛保守的特性。這意味着不同種植物的 WRI1 蛋白幾乎沒有變化，也可能是許多植物的共同結合機制。
先以 WRI1 的晶體結構為 " 靶标 " 修飾 WRI1，增強蛋白質與其靶 DNA 的結合親和力；再将編碼這種修飾的 WRI1 蛋白的 " 指令 " 導入目标植物細胞，植物将在産生 WRI1 時使用這套新的 " 指令集 "。
為觀察修飾 WRI1 如何影響油積累，研究人員将修飾蛋白質和原始蛋白質分别注射到本氏煙草葉（Nicotiana benthamiana）中，并對三酰甘油（triacylglycerol，脂肪和油中膳食脂質的主要形式）水平進行分析。與注射原始 WRI1 的對照植株相比，經修飾 WRI1 蛋白處理的植株能檢測到更顯著的三酰甘油峰值。
随後的實驗表明，處理組拟南芥種子中的油含量比對照組更多。這種轉基因植物的後代也攜帶相同的改良 WRI1 蛋白，并在種子中産生更多的油。
" 我們知道 WRI1 是一種與植物 DNA 序列結合并引發特定指令鍊的蛋白質，該指令鍊調節種子中油的積累。WRI1 與特定區域 DNA 結合力越強——植物在其種子中濃縮的油就越多。該靶 DNA 在許多種子植物中高度保守，意味着許多植物具有完全相同的機制，因此，我們選擇改進 WRI1 與其靶 DNA 結合的這一部分，在未來也能輕松地将我們的産油改良轉化到許多不同類型的作物上。" 馬教授解釋道。
" 植物籽油對人類飲食至關重要，并有許多重要的工業用途。全球對植物油的需求正在迅速增加，我們的研究有助于可持續地改善種子油生産，并有可能減少農業對環境的影響。" 馬教授補充道。
展望未來，該團隊已為這個基因修飾方法申請了專利，并正在尋找行業合作夥伴将他們的發明商業化。
" 在一個農用耕地有限的世界中，如果我們希望解決世界饑餓問題，就需要先進的技術來種植更多具有更高營養價值的糧食。當我們能夠增加可食用種子和堅果中的脂肪含量時，由于攝入的卡路裡增加，一個人可以吃得更少，但仍然感到飽腹。因此，與其種植更多的作物來養活更多的人，我們也傾向于研究令作物具有更多卡路裡和營養的方法，這樣相同數量的食物可以養活更多的人。" 著名食品安全專家陳教授點評道。
參考文獻
[ 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
編譯：鳕魚
