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【代谢专栏⑪】植脂高峰│脂质组学揭示油菜种子发育过程的脂质变化

2018-07-24
中科新生命
4101

脂质组学是继代谢组学之后一门流行又时尚的组学技术。因为在技术上比较新,所以目前是快速发表高分文章的“法器”。今天小编要跟各位老师分享一篇今年3月发表在《BBA-Molecular and Cell Biology ofLipids》上的文章,影响因子超过5分,助你成为科研圈弄潮儿~


本篇文章的研究对象是最主要的油料作物之一:油菜,产量约植物油市场的12%。随着农业用地的减少,植物油需求的增加,所以提高油料作物的产能具有很大的现实意义。作者希望通过调节油菜种子中油的积累来解决这一问题。作为这项研究的一部分,作者对种子的发育过程进行了详细的脂质组学研究。


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BBA-Molecular and Cell Biology of Lipids

IF=5.547


研究材料:

开花之后20天、27天和35天油菜种子

技术方法:

脂质组学

研究路线:

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研究结果

(1)样本选择

作者选择了油菜开花之后的3个时间点,分别代表了油菜种子发育的早期(20DAF)、中期(27DAF)和晚期(35DAF)。


(2)中期脂质组成分析

作者对中期油菜种子的组成进行了分析。为了评价方法的可靠性,作者采用了4个生物学重复,从图1检测结果来看,4个样本中每种脂质分子的含量差别不大,所以方法可靠。DAG脂质亚类中36:2(18:1/18:1)占到45%,36:3(18:1/18:2)占到33%,是含量最高的两类脂质分子;TAG亚类中54:3(18:1/18:1/18:1)和54:4(18:1/18:1/18:2)是含量最高;PA亚类中18:1/18:1占到30%,18:1/18:2 占了27%;PC亚类中18:1/18:1占到38%,18:1/18:2占了27%;PE亚类中18:1/18:2、16:0/18:2 、18:2/18:2和18:1/18:1分别占到了24%、19%、15%和13%,是PE亚类中含量最高的四种脂质分子。

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(3)油菜种子发育过程的脂质变化

作者对油菜种子发育过程脂质的变化进行了分析和讨论从检测结果来看,发育的过程中TAG、DAG、PA、PC和PE亚类下的脂质分子的分布都发生了变化。

TAG中含量最高的是18:1/18:1/18:1和18:1/18:1/18:2,其次是含有棕榈酸(16:0/18:1/18:1、16:0/18:1/18:2)、含有硬脂酸(18:0/18:1/18:1)以及含有多个不饱和键(18:1/18:1/18:3、18:1/18:2/18:2、18:1/18:2/18:3)的脂质分子。而含有长链脂肪酸的甘油三脂含量不到1%;在种子发育的过程中,饱和的脂肪酸分子含量逐渐降低,不饱和脂肪酸分子含量逐渐升高,尤其是在20DAF到27DAF期间变化显著。

 

DAG亚类中含量最高的是18:1/18:1和18:1/18:2,其次是16:0/18:1和16:0/18:2等脂质分子,同样含有长链脂肪酸的甘油三脂含量不到1%。DAG中18:1/18:1、18:1/18:2在油积累的过程中含量升高;DAG中含有棕榈酸(16:0)的脂质分子、DAG(18:2/18:2)和DAG(18:2/18:3)在油积累的过程中逐渐减少。

 

同样的,作者对PA、PC和PE的脂质变化也进行了类似TAG和DAG一样的分析和讨论。同样地在20DAF到27DAF期间,脂质的变化显著。PA类的18:1/18:1 and 18:1/18:2增加,16:0/18:2 and 18:2/18:2减少;PC类的18:1/18:1 and 18:2/18:2增加,16:0/18:2,18:2/18:2 and 18:2/18:3减少;PE类16:0/18:1,18:1/18:1, 18:1/18:2 and 18:1/18:3增加,16:0/18:2减少。

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(4)油菜种子发育过程的Acyl-CoA的变化

作者对油菜种子发育过程Acyl-CoA(酰基辅酶A)的变化进行了分析和讨论Acyl-CoA是肪酸合成和分解的活性代谢中间物,在发育的过程中,总的Acyl-CoA逐渐升高,从20DAF到35DAF差不多增加了2倍。18:1、18:2、18:3的这3种的Acyl-CoA显著升高,是酰基辅酶A的主要成分。长链的Acyl-CoA在中期27DAF的时候,含量最高,之后逐渐减少。

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(5)脂质组推测TAG合成关键酶活性

作者利用脂质组数据推测TAG合成过程的关键酶活性。DGAT(二酰基甘油酰基转移酶)和磷脂:甘油二酯酰基转移酶(PDAT)是对TAG合成过程的关键酶。作者以27DAF的Acy-CoA、DAG、PC为底物,计算PDAT与DGAT酶理论生成的TAG含量,然后与实际的TAG比较。DGAT酶计算出的理论值与实际值相差较小,表明DGAT酶对TAG合成的贡献更大。

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结论:通过脂质组学研究,作者观察到油菜种子的发育过程中脂质分子的分布变化,尤其早期到中期的过程。相比PDAT,DGAT酶对TAG合成有着更加重要的影响。


小编心得

(1)文章框架

这篇文章的实验设计比较清晰明了,对开花后3个时间点的油菜种子进行了脂质组分析,然后对结果进行了讨论。


脂质组学是用脂质分子研究的一种大规模组学技术,是代谢组学的一个重要分支。脂质在生物体内具有非常重要的生物意义和功能,所有的生物过程都伴随着脂质的变化。

  • 在植物中,越来越多的证据表明,脂质还参与细胞的许多重要功能。已经发现脂质参与光合作用、气孔运动、信号转导、细胞分泌、小泡运输和细胞骨架重组等过程。

  • 植物的生长发育需要脂质的参与,如种子的萌发、器官的分化、叶片的衰老和授粉。

  • 植物激素水平变化、发育变化以及环境胁迫和病虫害等内外刺激下也会导致脂质发生改变。


(2)APT产品介绍

中科新生命有非常丰富的脂质组学服务经验,拥有170万种脂质分子的商业数据库,能够针对甘油酯、甘油磷脂、糖脂、鞘脂等8大类脂质进行检测。

除此之外,中科新生命植物代谢组学领域的解决方案还包括拥有国内较大的2700种标准品本地自建数据库的非靶代谢组学靶向植物激素和中长链脂肪酸绝对定量检测,欢迎各位老师前来咨询。