通过改变碳代谢提高叶油作物的产量并保证植物正常生长（2020.2.21 Plant Biotechnology Journal）

植物油是人类和动物营养的重要来源，也是工业的生物燃料和化学原料。目前，大多数植物油来源于种子，但是科学家对研究植物营养组织产油的兴趣日益浓厚。多项研究证明了利用转基因植物在叶片中产油的可行性，例如，通过脂类相关转录因子和生物合成基因的过表达，在拟南芥、甘蔗、高粱和烟草中油脂（三酰甘油/TAG）的积累实现了几倍的增加。但是植物为了合成更多的TAG会消耗过多的淀粉和糖类等重要能量储备，这是对植物生长不利的。因此如何平衡淀粉、碳源和油脂的生物和成是值得人们思考的问题。

2020年2月18日，澳大利亚联邦科工组织Madeline C. Mitchell在著名植物科学期刊《Plant Biotechnology Journal》（一区Top期刊，即时影响因子8.6）上发表了题为“Increasing growth and yield by altering carbon metabolism in a transgenic leaf oil crop”的文章，就如何调节叶油料作物中碳源的分配，在提高烟草叶片产油能力外如何保证烟草正常生长进行了研究。

该文章中，作者首先对野生型煙草（WT）和叶子中含有高量TAG烟草（HO）进行对比。在营养生长期WT长势更好而且生物产量更多，但是在开花期间HO的生物产量更高，原因是HO在后期拥有更多面积较大的叶子所以导致生物产量更高。作者还利用质谱技术分析了这两种烟草在不同的发育时期的代谢产物，发现在HO植物中，年轻叶片始终具有比老叶片更多的TAG，而WT烟草老叶片具有比年轻叶片更高的TAG水平。这说明在营养生长和过渡到开花后，叶片TAG的积累改变了脂质，淀粉和糖之间的分配，并显著降低了植物的生长。在日照短的情况下（碳限制），HO烟草积聚了较少的糖，抑制了氨基酸的生物合成并减缓了生长，这表明TAG的积累可能会降低白天叶片的糖分积累能力，从而降低HO烟草的营养生长。

为了克服这些生长限制，作者在HO中过表达了4个与固碳相关的基因（SBPase和叶绿体FBPase）和碳分配（胞质FBPase和转录因子DOF4）。在温室条件下，4种转基因植株在不影响TAG积累的情况下提高了早期生长，叶绿体靶向FBPase和DOF4也提高了最终生物量和油脂产量。这些结果突出了植物生长除了碳供应外，还依赖于碳分配，并将指导于今后在转基因叶油作物中提高生物量和TAG积累。

该研究获得了联邦科学与工程学院博士后奖学金的支持。