新加坡南洋理工大学(NTUSingapore)的科学家成功地对一种植物蛋白进行了基因改造，这种植物蛋白负责植物种子和可食用坚果中的油脂积累。

科学家对植物进行基因工程以生产更多植物油

展示了他们正在申请专利的方法，模式植物拟南芥在实验室条件下与修饰蛋白一起生长时，其种子中的油含量增加了15%到18%。

寻找使作物在种子中产生更多油的方法是农业的圣杯。然而，大多数产油作物——如油棕、大豆、向日葵、油菜籽、花生——其果实或种子中的油含量已经很高，通过传统的作物杂交育种方法很难提高其含油量。

植物油常用于食品加工、生物燃料、肥皂和香水，2021年植物油的全球市场价值估计为2414亿美元，预计到2027年将增至3241亿美元。植物还可以帮助世界寻求可持续性，帮助减少产油作物所需的耕地数量。

帮助植物在种子中储存更多油脂的秘诀是一种叫做WRINKLED1(WRI1)的蛋白质。二十多年来，科学家们已经知道WRI1在控制植物种子油生产方面发挥着重要作用。

现在，由生物科学学院高永贵副教授和马伟助理教授共同领导的南大团队首次对WRI1的高分辨率结构进行了成像和报告。

该团队发表在《科学进展》杂志上，详细介绍了WRI1的分子结构以及它如何与植物DNA结合——这向植物发出信号，告诉植物在其种子中积累了多少油。

基于对WRI1-DNA复合物原子结构的了解，该团队对WRI1进行了改造，以增强其对DNA的亲和力，以提高石油产量。在这种方法中，选择了WRI1中的某些部分进行修饰以改善其与DNA的结合，并产生了几种形式的WRI1。

然后进一步测试这些候选WRI1以评估它们激活植物细胞中产油的能力。正如研究小组所预期的那样，他们发现，与原始WRI1相比，他们的WRI1修饰版本增加了10倍的DNA结合——最终导致其种子中的油含量更高。

联合。结构生物学家高教授说：“能够准确地看到WRI1的样子以及它如何与植物中负责产油的DNA结合，是了解整个过程的关键。WRI1是一个重要的调节因子，通知植物在其种子中储存多少油。一旦我们能够可视化“锁”，我们就设计了可以释放WRI1潜力的“钥匙”。

修改WRI1的工作原理

在原子水平上分析WRI1蛋白的晶体结构和它所结合的双螺旋DNA链，研究小组注意到这个DNA结合域是广泛保守的。这意味着几乎没有变化，这表明它可能是许多植物物种的共同结合机制。

使用WRI1的这种晶体结构作为“目标”，该团队随后寻求修改WRI1，以增强蛋白质与其目标DNA的结合亲和力。然后将编码这种修饰的WRI1蛋白的指令引入目标植物细胞，之后植物在产生WRI1时将使用这套新的“指令集”。

在观察修饰的WRI1如何影响油脂积累的实验室实验中，将修饰的蛋白质和未修饰的形式都注入本氏烟草的叶子中，并对三酰基甘油(脂肪和油中膳食脂质的主要形式)水平进行了分析。与引入WRI1未修饰形式的对照植物相比，修饰的WRI1蛋白在三酰基甘油生产中产生了更显着的峰值。

随后的实验表明，改良的拟南芥种子中的油含量比未改良的形式含有更多的油。这种转基因植物的后代也将携带相同的改良WRI1蛋白，并在其种子中产生更多的油。

助理。自博士后培训以来一直在研究WRI1的植物分子生物学家马教授表示，修改WRI1以改善其与DNA的结合对团队来说是合乎逻辑的举措。

“我们知道WRI1是一种蛋白质，它与植物的DNA序列结合，并引发一条特定的指令链，调节种子中油脂的积累。结合越强——植物将越多的油脂集中在种子中。因此,我们选择改进WRI1与其目标DNA结合的这部分,这在许多种子植物中高度保守。高度保守意味着许多植物物种将具有完全相同的机制可以被修改,所以我们应该能够在未来轻松地将我们的产油改造转化为许多不同类型的作物，”马教授解释说。

“植物种子油对人类饮食至关重要，并用于许多重要的工业应用。全球对植物油的需求正在迅速增长，我们的研究有助于以可持续的方式提高种子油产量，并可能减少对环境的影响农业，”助理。马教授补充道。

展望未来，该团队已通过该大学的创新和企业办公室NTUitive为其基因修饰方法申请了专利，并正在寻找行业合作伙伴将他们的发明商业化。

这项研究与NTU2025战略计划和大学的可持续发展宣言保持一致，旨在研究和开发新技术以实现更绿色的未来。

NTU食品科学与技术项目主任MichaelFam讲座教授WilliamChen在发表独立专家评论时表示，有几种方法可以解决世界饥饿问题，包括增加食物产量或增加食物的卡路里和营养价值。生产的食物。

“在一个农业耕地有限的世界里，如果我们希望解决世界饥饿问题，就需要先进的技术来种植更多具有更高营养价值的食物。当我们可以增加可食用种子和坚果中的脂肪含量时，一个人可以吃由于消耗的卡路里增加，摄入量减少了，但仍然感到饱，”未参与这项研究的食品安全专家陈教授说。

“因此，与其种植更多的农作物来养活更多的人，我们还应该研究种植的农作物具有更多热量和营养的方法，这样同样数量的食物就可以养活更多的人。”