基因编辑技术助力拟南芥ORM基因研究（2020.6.14 Plant Biotechnology Journal）

2020年6月11日，美国布拉斯加-林肯大学植物科学创新中心和生物化学系Edgar B.Cahoon教授在the Plant Cell在线发表了题为“Unregulated Sphingolipid Biosynthesis in Gene-Edited ArabidopsisORM Mutants Results in Nonviable Seeds with Strongly Reduced Oil Content”的文章。作者通過基因编辑技术敲除拟南芥Orosomucoid-like protein（ORM）基因，从而使拟南芥鞘脂生物合成途径受到抑制，神经酰胺过度积累导致种子失活，含油量大幅度降低。

Orosomucoid-like proteins（ORMs）与丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）相互作用，负调控鞘脂生物合成，这是一个可逆的过程，对平衡细胞生长和程序性细胞死亡所需的鞘脂水平至关重要。在真核生物中，SPT主要受到翻译修饰调节，以促进鞘脂生长和膜功能，同时限制LCBs和神经酰胺的积累。ORMs现在被认为是负调控SPT的非催化蛋白。在之前的植物研究中缺少ORMS突变体，因此对鞘脂生物合成在SPT水平上对种子活力的重要调节作用并不清楚。

本研究通过CRISPR/CaS9基因敲除技术敲除拟南芥中两个ORM基因。通过对突变体杂交产生了orm1-/- orm2+/-，orm1+/- orm2-/-，orm1+/- orm2-/-等一系列突变体，其中orm1-/- orm2-/-突变体种子中积累了较高水平的神经酰胺，种子不存活，表现出胚胎发育异常，与野生型种子相比，其含油量降低了80%。同时作者鉴定到了一个ORM 1突变体，在其第二个跨膜结构域附近缺少一个氨基酸（Met51），从而保留了它的膜拓扑结构。在ORM 2背景中表达这一等位基因，发现此类植株在苗期之前就会死亡，并且会积累大量的神经酰胺，细胞器结构发生改变，衰老和病理相关的基因表达增加。这些幼苗还表现出鞘脂分解酶基因的表达上调，可能存在维持鞘脂平衡的其他机制。利用杂家后代的一些列组合作者也利用基因编辑技术评估ORM1和ORM2的冗余度，表明ORM2比ORM1对分生组织功能的贡献更大。