核桃仁脂肪酸生物合成与脂质积累的分子机制：转录组学与脂质组学联合分析

为解决核桃油脂积累分子机制不明的问题，研究人员以'Lyuling'核桃为材料，通过转录组学和脂质组学联合分析，揭示了脂肪酸生物合成的关键基因（如δ12-FAD2、PDAT、PDCT）和脂质分子（TAG/DAG）的动态变化规律，发现快速油脂积累期在53-109 DAF（开花后天数），DAG含量随成熟度增加的特性显著提升营养品质，为核桃油脂改良提供了分子标记和遗传操作靶点。

　　

核桃（Juglans regia L.）作为全球四大坚果之一，其油脂含量高达52%-70%，且富含对人体有益的不饱和脂肪酸。然而，关于核桃油脂积累的分子机制研究相对滞后，特别是不同发育阶段脂肪酸动态变化与关键基因的调控网络尚不明确。'Lyuling'是中国华北平原主栽的早熟优质核桃品种，其油脂合成特性与新疆等产区品种存在显著差异。为解析其油脂积累规律，河北农业大学等单位的研究人员开展了多组学联合分析，相关成果发表在《Scientia Horticulturae》上。

研究采用Soxhlet提取法测定含油量，GC分析脂肪酸组成，结合UHPLC-MS/MS脂质组学和Illumina NovaSeq 6000转录组测序技术，对8个发育阶段（25-123 DAF）的核桃仁样本进行动态监测。通过GO/KEGG富集分析、WGCNA共表达网络构建及qPCR验证，系统阐明了油脂合成的关键通路和分子标记。

3.1 油脂含量与脂肪酸组成动态
研究发现'Lyuling'核桃油脂快速积累期为53-109 DAF，成熟时含油量达66.77%，比新疆品种早17天。不饱和脂肪酸占比92.45%，其中亚油酸（18:2）和油酸（18:1）分别占66.65%和19.75%，而棕榈酸（16:0）和α-亚麻酸（18:3）随发育进程下降。

3.3 差异基因与通路分析
GO分析显示53 DAF时光合作用相关基因显著上调，81 DAF时脂肪酸合成基因（如KAS、ACC）表达达峰。KEGG证实α-亚麻酸代谢和脂肪酸延伸通路在53-81 DAF活跃，而109 DAF后核糖体通路基因下调标志生理活动终止。

3.5 关键基因时序表达
Kennedy通路中GPAT-9、LPAT2和DGAT2D/DGAT3主导油脂合成，δ-PAP-like是生成DAG的关键酶。PDAT2和PDCT-like通过磷脂转化途径促进TAG合成，其表达峰（FPKM=453.5）与18:2高含量直接相关。δ12-FAD2（LOC109011954）超高表达（FPKM=423.9）是亚油酸富集的主因。

3.8 脂质分子特征
脂质组学鉴定出361种脂质分子，成熟期主要TAG为(18:1/18:2/18:2)和(18:0/18:2/18:3)。不同于普通油料，DAG（如18:2/18:3）含量随成熟度增加，可能通过CEPT逆向反应从PC/PE转化而来，这种特性可减少人体脂肪沉积。

该研究首次绘制了'Lyuling'核桃油脂合成的多组学图谱，发现PDCT-PDAT-DGAT3协同调控网络和DAG营养强化特性，为高不饱和脂肪酸核桃品种选育提供了分子靶点（如δ12-FAD2）。研究提出的53-109 DAF关键调控窗口期，对优化核桃采收时间具有重要实践意义。未来可通过基因编辑技术定向改造脂肪酸脱饱和酶，进一步优化核桃油脂的营养价值。