文：回溯档案
编辑：回溯档案
棉花不仅是世界上最重要的纤维作物，也是一种不可替代的油料作物。棉花纤维占棉花作物农场出厂价值的85%，其余部分由棉籽、籽粕和籽油组成。
棉籽油是一种补充产品，可用于食品或作为生物柴油生产的原料，与菜籽油和大豆油相比，具有质量和价格优势，棉籽油约占种子重量的16%，是从棉籽中提取的最有价值的产品，全球市场对棉籽油的需求稳定增长。
目前，转基因提高棉籽油产量的策略主要有两种，即通过传统育种提高棉籽油的比例，通过转基因方法提高棉籽油的品质和含量，然而目前尚不清楚是否可以通过操纵植物油生物合成相关基因来提高棉籽油产量。
植物油主要由三酰甘油组成，是主要的储存脂质，植物中TAG生物合成有两种途径，第一条途径是通过Kennedy途径进行3-磷酸甘油和酰基辅酶A的从头生物合成，该途径涉及三种酰基转移酶，即3-磷酸甘油O-酰基转移酶、溶血磷脂酸酰基转移酶和二酰基甘油酰基转移酶。
在哺乳动物中，LPAAT被鉴定为1-酰基-甘油-3-磷酸O-酰基转移酶家族的一部分，LPAAT1至5对应于AGPAT1至5，LPAAT?对应于AGPAT7。
DGAT属于膜结合O-酰基转移酶家族，该家族包括植物中的四个亚家族，即MBOAT1、DGAT1、溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶或溶血磷脂酰基转移酶以及酿酒酵母甘油摄取蛋白的同源物。
磷脂酸(PA)是TAG生物合成的关键中间体，在某些组织和生物体中，由GPAT催化的第一个酰化步骤可以部分被磷酸二羟丙酮酰基转移酶绕过。
因此，LPAAT对PA生物合成至关重要，可催化酰基掺入甘油主链的sn-2位置，在高等植物中，LPAAT催化的两条途径控制溶血磷脂酸进入不同组织中不同PA的代谢流。PA要么被去磷酸化形成TAG，要么用于合成磷脂，磷脂是生物膜的重要组成部分。
因此LPAAT对于发育种子中膜磷脂和储存脂质的生物合成至关重要。事实上，在高等植物中，LPAAT通过降低饱和脂肪酸的比例，在改善种子的脂肪酸成分方面发挥着重要作用。
LPAAT被认为是底物特异性最严格的酰基转移酶之一，对不同植物物种中LPAAT的酰基特异性的研究表明，它们对16-18碳单不饱和脂肪酸的亲和力比对SFA的亲和力更强。
不同植物物种中至少有两类LPAAT基因，根据Frentzen的定义，A类微粒体LPAAT的特征在整个植物中普遍表达，并且它们的酶对18:1-CoA显示出特异性。
这些是生物合成膜甘油脂的酶的典型特征。B级LPAAT首次从椰子中克隆并鉴定，在该亚家族中，LPAAT基因通常在种子中表达，它们编码的酶对不常见的酰基具有很强的底物特异性，例如芥酸和月桂酸，与上述物种的种子微粒体活性和油成分一致。
然而，最近的研究表明，B类LPAAT的特征在其他物种中可能有所不同，例如蓖麻中的B类LPAAT显示出对18:1-OH的特异性。
此外，LPAAT的过度表达增加了种子油含量，从而增强了LPAAT基因作为有价值的生物技术工具的效用，因此LPAAT同系物已从水煮茄子中克隆出来，拟南芥、油菜籽、椰子、玉米、水芹、爪哇橄榄和蓖麻。
拟南芥和甘蓝型油菜中SLCl-1突变酵母染色的LPAAT基因的过度表达增加了长链脂肪酸掺入TAG的sn -2位置，导致种子含油量增加8-48%。然而，迄今为止，还没有使用来自棉花的LPAAT基因进行这样的转基因工作。
迄今为止，人们对LPAAT基因的自然变异及其与包括棉花在内的高等植物种子油生产的关系知之甚少，此外编码这些酶的基因尚未在棉花中得到表征。
因此，它们在增加棉籽油含量方面的作用尚不清楚，此外由于脂肪酸对于膜生物合成至关重要，因此发现饱和超长链脂肪酸可以促进棉花纤维细胞伸长。
然而，LPAAT自然遗传变异之间的关系基因和纤维发育目前也是未知的，具有相同遗传背景但含油量、纤维起始或伸长不同的近等基因系或回交自交系可以为研究与纤维发育和种子含油量相关的LPAAT基因提供重要的遗传库。
LPAAT家族的基因组结构主要仅在拟南芥和蓖麻中进行研究，而没有在包括棉花在内的其他物种中进行研究，陆地棉产量更高，适应性更广，生产了世界上约95%的棉花纤维和种子。
另一种栽培的四倍体，即 ，占世界棉花产量的剩余部分，与陆地棉相比，其生产的纤维更长、更强、更细，棉籽油含量更高，蛋白质含量更低，因此两个物种之间的种间杂交产生的BIL提供了重要的遗传库来解决LPAAT问题与棉籽油含量和纤维质量有关。
最近对两个栽培四倍体棉花品种的基因组进行了测序种，在这项研究中，我们在两个异源四倍体物种及其可能的祖先二倍体物种植物棉和雷蒙德尼中鉴定了40个LPAAT基因，后者的基因组测序较早。
在对LPAAT基因家族的系统发育、基因组组织和基因结构进行计算机分析后，我们对LPAAT的转录谱进行了详细分析通过分析两个RNA-seq数据集中的信息，然后进行定量实时RT-PCR分析来识别基因家族。
进一步评估每个基因内的序列变异，以开发多态性标记以及与棉籽含油量和纤维品质性状的关联分析，转基因酵母研究中使用了一种具有序列变异的LPAAT基因，以确认其对TAG的影响。
该研究代表了植物中最全面的基因组方法之一，它将计算机生物信息学分析与RNA水平的转录组学、DNA水平的SNP识别和分型及其与种子油和纤维质量的关联相结合。
质膜和线粒体中检测到LPAAT活性，总结了棉花中假定的LPAAT蛋白的预测亚细胞定位，以及预测长度、分子量(MW)和等电点( pI），每个LPAAT亚家族都被预测到特定的亚细胞位置。
亚家族中，72.7%的LPAAT蛋白预计定位于内质网；预计LPAAT4/5、B类LPAAT和LPAAT1分别位于质膜、线粒体内膜和质膜中。
四倍体陆地棉两个RNA-seq数据库中GhLPAAT基因转录水平分析
为了揭示所识别的LPAAT基因的一般基因表达模式，我们分析了两个RNA-seq数据集中LPAAT基因的转录谱：一个包含两个UplandBIL的转录组信息，即NMGA-062与NMGA-105。
纤维长度不同但种子油含量相似，另一个包含UplandXuzhou142与其无纤维和无绒突变体的转录组信息徐州142fl，其纤维引发?和棉籽油含量不同。
所有13个假定LPAAT的转录本丰度在纤维起始阶段和伸长阶段确定基因，在已测序的陆地棉基因组中的13个基因中，有两个未表达，其他11个基因在纤维发育的两个阶段以及两个RNA-seq数据集中代表的所有组织中均被转录。
根据两个BIL的RNA-seq数据，两种基因型中A类LPAAT基因的转录水平均高于其他三个亚家族的基因，三个不同阶段维持高表达水平方面相似，在0个DPA纤维胚珠中具有低水平的表达，在两种基因型的10个DPA胚珠中观察到最高水平。
纤维长度不同但种子油含量相似的两种BIL基因型之间的表达水平没有显着差异。
八个GhLPAAT基因转录谱的实时定量RT-PCR分析
由于同一亚科内的基因具有较高的同源性，我们选择陆地棉中上述11个表达的LPAAT基因中的8个与其祖先二倍体种G.raimondii和有同源性，设计基因特异性引物，以进一步评估转录水平。
这八个基因包括两个A类基因、两个LPAAT4/5基因、三个质体LPAAT基因和一个B类基因，利用qRT-PCR分析，我们进一步分析了徐州142和徐州142fl的根、茎、叶、花瓣、胚珠和纤维中的基因转录水平?。
我们分析了不同发育阶段的胚珠，即-3、-1、0、1、3和5DPA，以及10、15、20和25DPA，因为15-20DPA后棉籽油在胚珠中迅速积累，结果表明，8个LPAAT基因在整个植物测试的所有器官和组织中都有表达。
然而，7个LPAAT基因在10个DPA纤维中显示出最高的转录水平，At-Gh6LPAAT1、At-Gh1LPAAT2、At-Gh1LPAAT3、At-Gh13LPAAT5和Dt-Gh1LPAATB在徐州142fl的胚珠发育后期优先表达?，尤其是在20DPA时。
两个A类基因的转录谱相似；然而，在LPAAT4/5亚家族中，Dt-Gh6LPAAT4和的转录模式表现出相反的趋势，在-3至5个DPA胚珠和10个DPA纤维时，Dt-Gh6LPAAT4表现出非常低的转录水平，而At-Gh13LPAAT5高度表达。
此外，Dt-Gh6LPAAT4显示出非常高的转录水平，但At-Gh13LPAAT5在15-25个DPA纤维处表达水平较低，在B类亚家族中，Dt-Gh1LPAATB并未显示出预期的种子特异性表达模式，因为它也在所有其他器官中表达。
棉花中的LPAAT基因家族
这项研究的结果揭示了四个基因组测序的多基因家族中40个LPAAT基因的详细信息：二倍体G.raimondii和G.arboreum，及其后代四倍体G.hirsutum和G.barbadense。
翻译的蛋白质序列分为四组（亚科），与之前的其他报道一致，与之前的研究一致，即棉属进化过程中发生了全基因组复制事件，我们观察到每个GrLPAAT基因或GaLPAAT每个二倍体物种中的一个基因对应于属于一个同源LPAAT组的四倍体棉花中的两个GhLPAAT基因。
棉花中的11种假定质体LPAAT与之前鉴定的椰子磷脂/甘油酰基转移酶家族蛋白具有高度相似性，A类LPAAT组、B类LPAAT组和质体LPAAT组中的蛋白质被证明具有LPAAT活性，然而，在拟南芥中，LPAAT4/5亚家族的成员在体外不显示LPAAT活性。
结论
总共鉴定了40个LPAAT基因，并分为四个棉属物种的四个不同亚科，即ie 。、四倍体G.hirsutum -AD 1 和G.barbadense -AD 2及其祖先二倍体G.raimondii -D 5和G.arboreum -A 2。
对转基因酵母中序列变异、QTL共定位和TAG含量的详细分析表明，LPAAT中的自然序列变异基因非常有限，不太可能与棉花种子油和蛋白质含量以及纤维品质性状的自然变异相关。
然而，正如转基因酵母实验所证明的，棉花LPAAT可以增加油的成分和含量，该结果为进一步研究阐明LPAAT基因在棉籽含油量自然变异中的参与提供了重要的指导，并为提高棉花籽油含量和成分的基因工程可能策略提供了重要线索。
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