作物脂肪氧化酶的研究進(jìn)展

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(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝860000；2.農(nóng)業(yè)部作物種質(zhì)資源與生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家農(nóng)作物基因資源與基因改良重大科學(xué)工程/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081；3.武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北武漢430023)

作物脂肪氧化酶的研究進(jìn)展

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(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝860000；2.農(nóng)業(yè)部作物種質(zhì)資源與生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家農(nóng)作物基因資源與基因改良重大科學(xué)工程/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081；3.武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北武漢430023)

脂肪氧化酶及其代謝產(chǎn)物參與作物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)階段，同時(shí)還參與介導(dǎo)損傷反應(yīng)及病原菌防御性反應(yīng)。此外，作物脂肪氧化酶作為影響食品風(fēng)味和商品品質(zhì)的關(guān)鍵因素，直接影響作物食品的生產(chǎn)加工工藝和貨架壽命。然而由于不同脂肪氧化酶家族成員在脂質(zhì)代謝中所起作用有所不同，使得育種家針對(duì)特定育種目標(biāo)開(kāi)展定向遺傳改良成為可能。因此，本文對(duì)脂肪氧化酶參與的生化途徑、脂質(zhì)代謝主要產(chǎn)物的生理功能及其對(duì)作物品質(zhì)性狀的影響，以及作物脂肪氧化酶性狀改良的育種實(shí)踐、研究進(jìn)展等進(jìn)行了綜述。

作物脂肪氧化酶；LOX途徑；品質(zhì)；抗逆性；遺傳改良

脂肪氧化酶(lipoxygenase，LOX；EC1.13.11.12)在植物[1-5]、動(dòng)物[6-7]以及微生物[8-10]中普遍存在，是一類(lèi)含非血紅素鐵的蛋白酶家族，主要通過(guò)催化多元不飽和脂肪酸發(fā)生雙加氧反應(yīng)生成脂肪酸氫過(guò)氧化物，再經(jīng)一系列不同酶的作用，最終生成具有一定生理功能的小分子醛、醇和酮等代謝產(chǎn)物，從而在農(nóng)作物產(chǎn)品風(fēng)味形成、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、損傷反應(yīng)、防御反應(yīng)和抗逆性等諸多方面產(chǎn)生重要影響。本文對(duì)脂肪氧化酶及其代謝產(chǎn)物參與的生化途徑、生理功能、對(duì)作物品質(zhì)性狀的影響，以及農(nóng)作物相關(guān)性狀改良的利用實(shí)踐等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1　脂肪氧化酶的生化途徑

早在1932年，Andre和Hou首次在大豆中發(fā)現(xiàn)了脂肪氧化酶[11]，隨著植物中越來(lái)越多的脂肪氧化酶成員的發(fā)現(xiàn)和深入研究[12-16]，目前對(duì)于脂肪氧化酶途徑(簡(jiǎn)稱(chēng)LOX途徑)已有明確認(rèn)識(shí)。LOX途徑是指脂肪氧化酶專(zhuān)一性催化含有(Z,Z)-1，4-戊二烯結(jié)構(gòu)的多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid, PUFA)生成氫過(guò)氧化物，再經(jīng)一系列不同酶的作用，最終生成具有一定生理功能的化合物的過(guò)程。在高等植物體內(nèi)，LOX途徑主要是以亞油酸(linoleic acid，18∶2)和亞麻酸(α-linolenic acid，18∶3)等非飽和十八碳酸為初始底物[17]，因此又稱(chēng)十八碳酸途徑。由于亞油酸等初始底物是由甘油酸經(jīng)脂酶或水解酶水解而來(lái)，因此廣義上的LOX途徑還包括甘油酸的水解過(guò)程，而狹義上的LOX途徑則是從脂肪酸氧化開(kāi)始。此外，由于脂肪氧化酶催化的加氧反應(yīng)可發(fā)生在戊二烯結(jié)構(gòu)的任一端，根據(jù)專(zhuān)一性催化PUFA碳鏈骨架位置的不同(C-9/C-13)，可將脂肪氧化酶分為9-LOX和13-LOX，而一些脂肪氧化酶能夠同時(shí)地催化兩個(gè)位點(diǎn)的氧化反應(yīng)，分別產(chǎn)生9-和13-氫過(guò)氧化物(HPOD/HPOT)。目前作物中已研究明確的脂肪氧化酶中，大豆和水稻的L-1、大麥的LOX2/LoxC、玉米的ZmLOX10/11以及豌豆的LOX1∶Ps∶1等都屬于13-LOX；水稻的L-3、大麥的LOX1/LoxA以及玉米的ZmLOX1/3/4/5等則屬于9-LOX；而大豆的L-2/L-3和水稻的L-2等則屬于具有雙位點(diǎn)催化活性的9-/13-LOX(表1)[18-20]。

PUFA經(jīng)9-LOX和13-LOX催化產(chǎn)生的氫過(guò)氧化物在下游過(guò)氧化物裂解酶(Hydroperoxide Lyase，HPL)、乙醇脫氫酶(Alcohol dehydrogenase，ADH)、異構(gòu)酶(Isomerase，ISO)和醇酰基轉(zhuǎn)移酶(Alcohol acyltransferase，AAT)等一系列酶作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為各種烯醛和烯醇類(lèi)化合物。另一方面，13-HPOT在A(yíng)OS(Allene oxide synthase)和丙二烯氧化物環(huán)化酶AOC(Allene oxide cyclase)等酶以及多步β-氧化(β-oxidation)作用下生成植物內(nèi)源性激素茉莉酸(Jasmonic acid)(圖1)[15,21-22]。

表1　作物脂肪氧化酶及其分類(lèi)

圖1　脂肪氧化酶(LOX)代謝生化途徑

注：LOX: Lipoxygenase; HPL: Hydroperoxide Lyase；AOS: Allene oxide synthase；AOC: Allene oxide cyclase；ISO: Isomerase；ADH: Alcohol dehydrogenase；AAT: Alcohol acyltransferase.

2　脂肪氧化酶及其代謝產(chǎn)物的生理功能

作物中的LOX不僅可作為營(yíng)養(yǎng)器官貯藏蛋白(Vegetative storage protein, VSP)參與脂類(lèi)遷移，以及調(diào)節(jié)“源”與“庫(kù)”的分配[23-24]，而且LOX生化途徑所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物(統(tǒng)稱(chēng)為脂氧化物，Oxylipin)參與作物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段，參與的生理過(guò)程涉及植株生長(zhǎng)發(fā)育和成熟衰老[17, 25]、機(jī)械損傷反應(yīng)[26- 27]、介導(dǎo)病原菌防御性反應(yīng)，并在影響食品風(fēng)味及品質(zhì)等方面起著非常重要的作用[16](表2)。

表2　LOX途徑脂氧化物的主要生理功能

2.1影響植株生長(zhǎng)發(fā)育和成熟衰老

在作物種子尤其是含油種子萌動(dòng)過(guò)程中，LOX啟動(dòng)脂肪體中儲(chǔ)藏的脂肪酸氧化，且高活性脂肪氧化酶加速細(xì)胞膜的破壞，使得氧化的脂肪酸很容易地從脂肪體解離，進(jìn)而釋放到胞液中以實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)分配。因此，在植株幼嫩部位和快速生長(zhǎng)的組織中脂肪氧化酶的活力一般較高，促進(jìn)貯藏養(yǎng)分向正在發(fā)育的幼胚運(yùn)輸[28]。另一方面，LOX途徑產(chǎn)生的茉莉酸能夠通過(guò)反饋抑制脂肪氧化酶的活性和脂質(zhì)降解等來(lái)抑制種子萌發(fā)，這對(duì)于保障作物種子避開(kāi)不利的環(huán)境條件，在適宜條件下萌動(dòng)可能起著至關(guān)重要的作用[29-31]。

另外，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，脂肪酸的過(guò)氧化物可以使蛋白質(zhì)失活、葉綠體的光化學(xué)反應(yīng)失活并破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，這樣促進(jìn)了植物的衰老過(guò)程。茉莉酸促進(jìn)乙烯合成、葉片衰老、葉片脫落、氣孔關(guān)閉、呼吸作用。

2.2參與機(jī)械損傷反應(yīng)

植物葉片受到昆蟲(chóng)取食以及機(jī)械損傷時(shí)，脂肪氧化酶轉(zhuǎn)錄水平和蛋白活性均會(huì)迅速增強(qiáng)，從而促進(jìn)損傷誘導(dǎo)的脂氧化物生成。研究表明，13-LOX途徑的代謝產(chǎn)物與植物對(duì)蟲(chóng)害的趨避反應(yīng)有密切關(guān)系[32-33]。其中過(guò)氧化物和己醛等還對(duì)害蟲(chóng)有驅(qū)除作用[34]；愈傷酸(12-oxo-10(E)-dodecenoic acid, Traumatin)能夠促進(jìn)損傷傷口的愈合，促進(jìn)茉莉酸和12-氧-植物二烯酸(12-oxo-phytodienoil acid，12- OPDA)等損傷信號(hào)分子的含量增加，以及誘導(dǎo)防御性綠葉揮發(fā)物(Green leaf volatiles，GLVs)的大量產(chǎn)生[35-36]，如Hildebrand 等發(fā)現(xiàn) (Z)-3-己烯醇對(duì)蚜蟲(chóng)有趨避作用[37]。反-2-己烯醛的釋放則能夠誘導(dǎo)HMGR和LOX 等防御基因的表達(dá)[38]；而缺乏茉莉酸合成或感知的擬南芥植株對(duì)損傷和昆蟲(chóng)的侵害反應(yīng)遲鈍[39- 40]。由此可見(jiàn)，損傷反應(yīng)誘導(dǎo)的LOX途徑能夠通過(guò)產(chǎn)生脂氧化物等損傷相關(guān)信號(hào)分子，促進(jìn)傷口愈合以及吸引植食性昆蟲(chóng)的捕食性天敵和寄生性天敵，從而幫助植物直接或間接抵御包括昆蟲(chóng)取食在內(nèi)的機(jī)械損傷[41-43]。

2.3介導(dǎo)病原菌防御性反應(yīng)

許多植物的LOX 基因在病原微生物(如細(xì)菌、真菌、病毒等)的傷害誘導(dǎo)下表達(dá)，且LOX活性增加與細(xì)胞的物理傷害伴隨發(fā)生，導(dǎo)致局部細(xì)胞死亡，使植物抗性增強(qiáng)[44- 45]。例如，煙草病原菌Phytopathoraparasitica可以誘導(dǎo)LOX 在煙草葉片表達(dá)并產(chǎn)生過(guò)敏性細(xì)胞死亡[46]；水稻稻瘟病菌侵染可以誘導(dǎo)LOX 的表達(dá)[47]；小麥非親和性銹病病原菌侵染后28h也能夠檢測(cè)到LOX活性增加[48]。在病原菌感染后，擬南芥中LOX1 mRNA水平增加了約6倍[49]。此外，在抗病性和敏感性的植物品系中，LOX對(duì)病原菌入侵反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)并不相同。如在抗病性的燕麥品系中，冠銹病菌Pucciniacoronata的侵入會(huì)伴隨出現(xiàn)LOX活性的增加，但在敏感型品系中LOX活性則無(wú)變化[50]。

2.4對(duì)食品風(fēng)味和品質(zhì)的影響

大量研究表明，作物中的LOX途徑所產(chǎn)生的醛類(lèi)和醇類(lèi)等揮發(fā)性代謝產(chǎn)物不僅在參與損傷反應(yīng)和昆蟲(chóng)趨避方面起作用，而且在食品風(fēng)味形成、加工儲(chǔ)藏過(guò)程中的品質(zhì)變化以及最終形成的商品品質(zhì)和貨架壽命等方面有著更為關(guān)鍵的作用。在食品風(fēng)味形成過(guò)程中，脂肪氧化酶途徑依賴(lài)LOX和HPL通過(guò)降解PUFA所產(chǎn)生的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物賦予了果實(shí)成熟所特有的風(fēng)味。青葉醇(Z)-3-己烯醇)和青葉醛(E)-2-己烯醛)等是植物葉片呈現(xiàn)強(qiáng)烈青草香氣的主要物質(zhì)，13-HPL是這一生化途徑中的關(guān)鍵酶。

在油料作物和糧食作物的貯藏和加工過(guò)程中，豆制品的豆腥味，稻米的哈喇味以及人們常說(shuō)的“陳芝麻爛谷子”等酸敗氣味等都是脂質(zhì)代謝產(chǎn)物作用的結(jié)果，不僅如此，PUFA的氧化還導(dǎo)致食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和商品品質(zhì)降低。

研究發(fā)現(xiàn)，LOX在大豆成熟種子中的含量占種子蛋白質(zhì)含量的1%～2%，所催化產(chǎn)生的過(guò)氧化氫衍生物直接與食品中的蛋白質(zhì)和氨基酸結(jié)合，不僅破壞了人體必需脂肪酸，還產(chǎn)生豆腥味和苦澀味，降低了大豆食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商品品質(zhì)[51-52]。與大豆類(lèi)似，花生、玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)下降主要包括脂質(zhì)體的溶合、細(xì)胞膜完整性下降、透性增加、細(xì)胞溶質(zhì)功能喪失、貯藏物質(zhì)和維生素等主要成分的改變以及種子活力和發(fā)芽力的降低，關(guān)鍵原因之一也是由于脂肪氧化酶參與了所貯藏的脂肪酸的氧化代謝[53- 54]。

不僅如此，脂質(zhì)降解還是導(dǎo)致谷物貯藏期間產(chǎn)生陳味、品質(zhì)變劣的主要原因。與油料作物相比，盡管水稻、大麥和小麥等糧食作物種子中的脂質(zhì)含量?jī)H占2%～3%，但脂肪氧化酶活性與這些谷物的耐儲(chǔ)藏性密切相關(guān)。在水稻中，脂質(zhì)代謝不僅產(chǎn)生了揮發(fā)性的己醛、戊醛和戊醇等與稻米陳化變質(zhì)有關(guān)的陳米味，而且由于脂氧化物、活性氧和自由基等具有高度的氧化活性，還可能直接參與稻谷中的貯藏蛋白的分子內(nèi)和分子間二硫鍵氧化交聯(lián)，影響其結(jié)構(gòu)和功能，同時(shí)也可能與氨基酸和維生素相結(jié)合，不僅導(dǎo)致大米酸度增加食味變差，食用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低甚至不能食用，而且導(dǎo)致陳化稻谷表現(xiàn)出發(fā)芽率下降或喪失[55-57]。

大麥麥芽是生產(chǎn)啤酒的主要原料，脂肪氧化酶活性也是影響大麥儲(chǔ)藏啤酒風(fēng)味特性的重要因素之一。通過(guò)降低脂肪氧化酶活性可以延長(zhǎng)大麥的儲(chǔ)藏期及其啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性。在啤酒加工儲(chǔ)藏過(guò)程中，LOX作用于亞油酸所產(chǎn)生和積累的9-HPOD在HvHPL等酶的進(jìn)一步作用下轉(zhuǎn)化為T(mén)2N(E)-2-壬烯醛)和三羥基十八碳酸(THODs)，其中T2N已明確為啤酒老化物質(zhì)，是啤酒產(chǎn)生“硬紙板味”的關(guān)鍵性脂質(zhì)代謝產(chǎn)物，而三羥基十八碳酸能夠?qū)ε菽€(wěn)定性和啤酒風(fēng)味產(chǎn)生不良影響。

在小麥中，LOX低活性或缺失品種中，脂質(zhì)氧化反應(yīng)有效減輕，從而減輕了小麥籽粒的氧化變質(zhì)，延長(zhǎng)其儲(chǔ)藏期，減少糧食浪費(fèi)[58]。同時(shí)，LOX活性與普通小麥?zhǔn)称返娘L(fēng)味和外觀(guān)品質(zhì)也有著密切關(guān)系。硬粒小麥的LOX活性與意大利面條的亮黃色呈顯著負(fù)相關(guān)[59-60]，而普通小麥中提高脂肪氧化酶活性有助于提高小麥結(jié)構(gòu)中麥谷蛋白交聯(lián)和氧化作用，從而改善中國(guó)食品的面粉顏色和面團(tuán)流變學(xué)特性；新磨制的小麥面粉因含類(lèi)胡蘿卜素而呈淡黃色，利用摻入適量的LOX活性高的大豆粉能偶聯(lián)氧化類(lèi)胡蘿卜素進(jìn)行漂白的特點(diǎn)來(lái)漂白面團(tuán)，可作為生物增白劑的主要來(lái)源替代化學(xué)漂白劑，不僅提高了食品的安全性，同時(shí)也提高了其商品及加工品質(zhì)[61- 62]。

3　作物脂肪氧化酶性狀改良及育種應(yīng)用

從LOX途徑催化反應(yīng)的特異性中我們也可以看出，作物中多個(gè)脂肪氧化酶基因之間存在功能分化。如玉米[63]和水稻[64]中LOX1和LOX2的缺失對(duì)延緩種子陳化變質(zhì)、保持種子活力等方面起著重要作用，而LOX3的缺失則能夠減輕倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)危害。在大麥中發(fā)現(xiàn)的3個(gè)LOX基因中[65-68]，僅有LOX1參與的9-HPOD代謝被確認(rèn)是影響啤酒品質(zhì)的關(guān)鍵因素[69]。

對(duì)不同作物而言，脂肪氧化酶活性的影響因素也有所不同。LOX活性與基因型[70]、底物、酶抑制劑[71]、還原劑、金屬離子、溫度、酸堿度等反應(yīng)條件以及各種生理生化因素關(guān)系密切[72],同時(shí)還與種子發(fā)育成熟度、含水量、儲(chǔ)藏條件以及加工工藝[73]等有關(guān)，但不同基因型間差異尤為顯著，說(shuō)明遺傳因素是決定作物L(fēng)OX結(jié)構(gòu)和活性的首要因素[74]。因此通過(guò)遺傳改良，提高儲(chǔ)藏種子的活力和保證作物的商品品質(zhì)成為作物品質(zhì)育種的重要目標(biāo)之一。目前主要通過(guò)篩選特定的脂肪氧化酶活性差異的種質(zhì)，并通過(guò)遺傳和生化分析發(fā)掘功能性分子標(biāo)記開(kāi)展輔助育種，此外還通過(guò)基因工程手段直接開(kāi)展作物脂肪氧化酶的性狀改良。

3.1脂肪氧化酶活性差異的種質(zhì)資源篩選

鑒于脂肪氧化酶對(duì)于作物品質(zhì)和儲(chǔ)藏特性的影響，過(guò)去30多年中，世界上眾多科研團(tuán)隊(duì)在各主要作物中開(kāi)展了脂肪氧化酶活性差異種質(zhì)的篩選，對(duì)相關(guān)種質(zhì)中發(fā)掘出的具有商業(yè)價(jià)值的基因資源進(jìn)行了專(zhuān)利保護(hù)，并在生產(chǎn)上廣泛用于育種實(shí)踐。

大豆中，Hildebrand和Hyowitz等[75]從6499份大豆資源中篩選出2份LOX1缺失的種質(zhì)；隨后， LOX3[76-77]和LOX2[78-79]缺失的種質(zhì)也相繼被發(fā)掘；在此基礎(chǔ)上一批LOX活性全缺失的種質(zhì)被相繼創(chuàng)制出來(lái)，與普通大豆品種相比，3個(gè)LOX功能全部缺失的大豆產(chǎn)量并未降低，蛋白質(zhì)和氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分沒(méi)有損失；但豆腥味降低甚至消失，不僅不再需要進(jìn)行脫腥處理，而且VE含量提高，口感和風(fēng)味更好[80-83]。此外，LOX活性缺失的水稻種質(zhì)[64,74, 84]、大麥種質(zhì)也相繼從種質(zhì)資源[85-86]以及人工誘變產(chǎn)生的突變體中(專(zhuān)利US7420105 B2)篩選出來(lái)，其中Guo等[87]從1083份中國(guó)大麥種質(zhì)中篩選出4份源于黃河中下游地區(qū)的LOX1活性缺失的種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該基因第二內(nèi)含子中的一個(gè)SNP變異導(dǎo)致內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄剪接位點(diǎn)改變是引起其活性喪失的根本原因。

3.2功能標(biāo)記發(fā)掘及分子輔助育種

隨著遺傳學(xué)研究的深入和分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，確定導(dǎo)致基因功能改變的基因座以及相應(yīng)的功能位點(diǎn)，根據(jù)不同的育種目標(biāo)，開(kāi)發(fā)特異性分子標(biāo)記，并將其用于與常規(guī)雜交選育相結(jié)合的分子輔助育種，已經(jīng)成為當(dāng)前育種的新常態(tài)。段紅梅等[88]利用SSR 標(biāo)記進(jìn)行遺傳背景分析，明確了大豆SSR標(biāo)記輔助背景選擇時(shí)適宜的標(biāo)記數(shù)目和選擇方式，獲得進(jìn)一步回交的魯豆4 號(hào)的缺失株系，從而加速培育魯豆4號(hào)脂肪氧化酶活性缺失近等基因系。孫君明等[89]以大豆脂肪氧化酶缺失近等基因系Century為材料，篩選出數(shù)個(gè)與大豆LOX1 缺失基因連鎖的RAPD 標(biāo)記，提供了以Century近等基因系為遺傳背景的大豆脂肪氧化酶育種的可靠標(biāo)記。在水稻中，與LOX 缺失同功酶 LOX1、LOX2和LOX3連鎖的RAPD分子標(biāo)記被用于耐儲(chǔ)藏水稻品種的分子標(biāo)記輔助選擇[ 90-91]。小麥中，LOX活性相關(guān)功能標(biāo)記也被開(kāi)發(fā)用于分子輔助育種[58]。在大麥中，針對(duì)脂肪氧化酶突變位點(diǎn)的共顯性分子標(biāo)記被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并用于分子標(biāo)記輔助的高品質(zhì)啤酒大麥新品種育種[85, 87]。對(duì)育成的LOX1活性缺失啤酒大麥的釀造實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其風(fēng)味穩(wěn)定性更好、老化物質(zhì)含量更低，而且貨架期顯著延長(zhǎng)。

3.3遺傳轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)基因育種

利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)控制作物品質(zhì)形成關(guān)鍵基因進(jìn)行定向操作，可大大加速作物育種進(jìn)程。目前，在作物脂肪氧化酶基因的遺傳轉(zhuǎn)化方面也取得了相關(guān)研究進(jìn)展。Sharma等[92]通過(guò)粒子轟擊的方法將編碼大麥LOX100(Lox2:Hv:1)蛋白基因轉(zhuǎn)入大麥幼胚中，再生植株中葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中均有LOX表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)了LOX衍生物含量較高的轉(zhuǎn)基因植物。隨后，又通過(guò)基因槍法首次獲得過(guò)表達(dá)13-LOX的轉(zhuǎn)基因大麥，并研究了LOX蛋白與植物衰老之間的聯(lián)系[93]。馬建等[94]通過(guò)花粉管通道法將脂肪氧化酶基因RNAi表達(dá)載體導(dǎo)入大豆，抑制了大豆籽粒中脂肪氧化酶基因表達(dá)，其脂肪氧化酶含量比對(duì)照平均降低55%～77%，而轉(zhuǎn)基因植株脂肪含量得到提升，最高達(dá)到24.76%。在水稻中，為獲得耐儲(chǔ)藏的水稻轉(zhuǎn)基因株系，李俊卿等[95]用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將脂肪氧化酶基因的RNAi表達(dá)載體轉(zhuǎn)化到水稻愈傷組織中，得到可抑制LOX基因正常表達(dá)的陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因水稻幼苗。許惠濱等[96]通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，將反義lox-3基因?qū)攵i型恢復(fù)系“航1號(hào)”中，從轉(zhuǎn)基因植株中篩選出脂肪氧化酶低表達(dá)的株系。劉振華等[97]對(duì)轉(zhuǎn)入小麥中的脂氧合酶基因的外源RNAi序列的轉(zhuǎn)基因株系中外源基因拷貝數(shù)及其種子脂氧合酶活性進(jìn)行測(cè)定分析，成功獲得含有不同外源Loxi片段拷貝數(shù)的脂氧合酶活性顯著降低的轉(zhuǎn)基因小麥株系。

4　結(jié)論與展望

鑒于脂肪氧化酶所參與的脂質(zhì)代謝對(duì)作物的病蟲(chóng)害防御反應(yīng)、耐儲(chǔ)藏性、風(fēng)味形成、產(chǎn)品品質(zhì)以及產(chǎn)品保質(zhì)期和貨架壽命等的影響，使得脂肪氧化酶的性狀改良成為作物遺傳改良的重要目標(biāo)之一。

在作物脂肪氧化酶途徑中，對(duì)于同一反應(yīng)底物，不同的LOX蛋白所催化成的產(chǎn)物各異，因此，作物中各LOX成員及其代謝通路的功能解析、不同LOX活性差異種質(zhì)資源的篩選，以及LOX途徑相關(guān)基因的功能性分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，使得針對(duì)不同需求的育種目標(biāo)開(kāi)展分子輔助育種成為現(xiàn)實(shí)。

LOX途徑代謝產(chǎn)物在參與植物生長(zhǎng)發(fā)育、損傷反應(yīng)和抗病蟲(chóng)害等方面的深入研究，將有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的精確調(diào)控、預(yù)防性生物農(nóng)藥以及新型植保素的開(kāi)發(fā)等。隨著未來(lái)代謝組學(xué)研究手段的發(fā)展，作物脂類(lèi)代謝產(chǎn)物的生理生化功能將獲得更深層次的認(rèn)知。

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2015-04-12

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃(2013BAD01B05-2、2012BAD03B01-2)；科技部國(guó)際合作項(xiàng)目(2013DFR30890-1)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CARS-05)。

扎桑(1988-)，女，碩士研究生，主要從事高原作物栽培生理與生態(tài)研究。

卓嘎(1971-),女，副研究員，主要從事高原作物栽培生理與生態(tài)研究。

郭剛剛(1983-)，男，副研究員，主要從事大麥種質(zhì)資源與新基因發(fā)掘研究。