桐树VfSCD基因通过内质网不饱和脂肪酸合成新通路增强植物抗寒性

推荐：为解析桐树低温下不饱和脂肪酸合成机制，研究人员通过克隆VfSCD基因，在E. coli、酵母和烟草中验证其功能。研究发现VfSCD通过内质网途径促进C18:1等不饱和脂肪酸积累，显著提高油脂含量（18 WAF达27%）和抗寒性（转基因烟草存活率提升至86%），揭示了独立于质体SAD途径的新调控机制。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，植物面临日益频繁的低温胁迫挑战。桐树(Vernicia fordii)作为重要的木本油料作物，其种子富含α-桐酸(C18:3^{Δ9cis,11trans,13trans})，但低温环境会显著影响油脂积累。传统认知中，植物不饱和脂肪酸合成主要依赖质体内的硬脂酰-ACP去饱和酶(SAD)途径，然而前期转录组数据显示桐树种子发育期还存在硬脂酰-CoA去饱和酶(SCD)基因的异常表达，暗示可能存在未知的合成通路。

为揭示这一科学问题，中南林业科技大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，通过多物种转基因和低温胁迫实验，证实VfSCD基因通过内质网新通路增强植物抗寒性。研究采用基因克隆、系统发育分析、亚细胞定位（激光共聚焦显微镜）、异源表达（E. coli BL21/酵母INVSc1/烟草）、病毒诱导基因沉默(VIGS)和低温处理（-10°C至4°C梯度）等技术，结合气相色谱(GC-FID)分析脂肪酸组成及Fv/Fm等生理指标检测。

研究结果方面：

1. VfSCD克隆与序列分析
   生物信息学显示VfSCD编码371个氨基酸，具有典型脂肪酸去饱和酶结构域和保守的组氨酸簇(3??YHHQ3??)，系统发育与蓖麻亲缘最近。内质网定位实验证实其与ER标记蛋白共定位。

2. 表达模式与油脂积累相关性
   qRT-PCR显示VfSCD在发育种子中表达量最高（16 WAF达峰），与油脂含量（12-18 WAF从2%激增至27%）和C18:1占比（4.2%→24.6%）呈正相关。

3. 跨物种功能验证
   在E. coli中过表达使棕榈酸(C16:0)降低10%，油酸(C18:1)增加8%；烟草OE系种子亚油酸(C18:2)提升至66%，VIGS沉默植株C18:3降低5%，证实其对不饱和脂肪酸合成的广谱调控作用。

4. 抗寒性提升机制
   低温(4°C)处理12小时诱导VfSCD表达上调3.5倍，伴随C18:3增加6%。转基因烟草在-10°C处理后的存活率(75-86%)显著高于野生型(22%)，SOD/POD活性提升且MDA含量降低。

讨论指出，该研究首次阐明桐树中存在两条不饱和脂肪酸合成通路：除质体SAD途径外，内质网VfSCD可通过催化C18:0-CoA→C18:1-CoA，促进膜脂流动性和低温信号转导。这一发现不仅完善了植物油脂合成理论，还为分子育种提高木本油料作物抗寒性提供了新靶点。例如，通过协同调控SAD与SCD通路，可实现在寒冷地区稳定生产高不饱和度的桐油，这对保障特种工业油料供应具有重要意义。