来自名为“中国”作物液体黄金将借油菜合成

35小吃技术网推荐阅读 2023年08月05日01时02分39秒 160 0

天然物质荷荷巴油是备受青睐的化妆品原料。然而，很少有人知道荷荷芭（）的拉丁文绰号是“中国”（）。事实上，我国在20世纪70年代才开始零星引进荷荷巴油，几乎没有大规模种植。该命名法源自 1800 年代初的一位发现者，他将从美国植物园采集的荷荷巴种子与在中国的另一个采集物混淆。

荷荷巴种子与其他农作物种子的比较华中农业大学供图

来自名为“中国”作物液体黄金将借油菜合成-第1张图片

然而，荷荷芭与中国的历史联系可能会被中国科学家改写。

近日，《科学-进步》在线发表了华中农业大学油菜团队、生物信息学团队和国外5家单位完成的油料作物荷荷巴高质量参考基因组，分析了荷荷巴种子中的蜡酯合成途径。科学家相信，用我国南方的油菜籽等油料作物合成霍霍巴油将不再是梦想。

“液体黄金”供不应求

优质荷荷巴油的价格为每公斤58美元。没有其他天然替代品，也没有有网效的合成方法。然而，全球产量与预期需求相差50倍。因此，荷荷巴油被称为“液体黄金”。

“荷荷芭油原产于美国沙漠地区，非常特殊。它实际上是一种液体蜡酯。” 论文通讯作者、华中农业大学教授郭亮告诉《中国科学报》，这种液体蜡是由碳链的长度决定的。 C20-C24脂肪醇和脂肪酸酯化的组成，在植物界是独一无二的；在动物界中，只有抹香鲸油与它相似。

“荷荷巴油是唯一已知的可以合成液体蜡酯的油植物。” 郭亮介绍，纯天然荷荷巴油具有抗氧化性强、渗透性强的特点。被皮肤吸收，不油腻，促进皮肤保湿。

此前的研究表明，荷荷巴油的成分和结构不会随种植地点、土壤类型、降雨量或海拔等因素发生显着变化。采收后长期存放不易变质。用于机械润滑、消泡、抗磨、防锈、抗氧化等方面。

但由于合成工艺复杂、条件苛刻、收率低，特别是超长链脂肪醇的合成成本极高，目前还没有人工合成霍霍巴油的产品。

荷荷巴原意是“神奇的灌木”，也被誉为“拯救干旱地区的福音”。研究表明，即使沙漠一年不下雨，成熟的荷荷巴树仍然可以生存。一般来说，荷荷巴树的寿命约为200年。虽然荷荷巴油非常耐高温和干旱，但它的幼苗却不喜欢干旱。如果造林初期没有人工灌溉，就很难保证造林成活率。

中国林科院林业研究所研究员毛新伟曾撰文称，荷荷巴天然分布于北美索诺拉沙漠。目前，它已在美国、以色列、秘鲁、阿根廷、澳大利亚和印度进行商业种植。预计当全球霍霍巴油种植面积达到283.3万公顷时，即可初步满足目前的消费需求。

1971年，国际捕鲸委员会颁布捕鲸禁令后，荷荷巴油受到广泛关注。郭亮告诉记者，由于荷荷巴木生长周期长，雌株仅占自然种群的20%左右，而优质荷荷巴油一般来自沙漠地区，导致荷荷巴木产业发展缓慢。此外，常规机械压榨出油率低也对其产业造成一定影响。

“虽然全球荷荷巴油产量从1986年的500吨上升到2012年的4000吨，但与荷荷巴油预计每年约20万吨的消费量还有巨大差距。因此，荷荷巴油的短缺及其商业化和工业价值使售价保持在较高水平。”郭亮说。

我国于20世纪70年代末开始引进荷荷巴木，引进基本结束于90年代。然而，这种被称为“中国”的油料作物，我国尚未进行良种选育研究，无性繁殖和扦插技术也尚未完全突破，尚未产生经济效益。

独特的合成途径

近十年来，科学家利用基因工程在油菜籽、亚麻芥末等油料作物的种子中合成了荷荷巴蜡酯。这些油料作物种子中积累的蜡酯较低，种子发芽率较低。荷荷巴种子中蜡脂占总油含量的95%以上，种子仍能正常发芽，这暗示荷荷巴种子中蜡酯的合成、储存网和降解存在特殊的机制。

“我们这次获得的是染色体水平的高质量参考基因组，也是世界上第一个荷荷巴基因组图谱。” 郭亮告诉《中国科学报》。此前，参考基因组的缺乏限制了荷荷巴种子中的蜡酯。合成相关机制的分析。

荷荷巴基因组图谱由华中农业大学提供

论文共同通讯作者、华中农业大学教授陈玲玲介绍，他们采用的是组合的方法，Hi-C测序。组装后的荷荷巴参考基因组大小为887 Mb，N50大小为5.2 Mb，注释了23,490个蛋白质编码基因。

随后，研究小组开始分析蜡酯的合成机理。

陈玲玲介绍，霍霍巴种子中蜡酯的含量约为种子干重的50%，为种子发芽提供能量和碳源。蜡酯的合成主要是通过脂肪酰辅酶A还原酶FAR将脂肪酰辅酶A还原为脂肪醇。然后，在蜡酯合酶WS的作用下，脂肪醇与脂肪酰辅酶A发生酯化反应，生成蜡酯。

许多微生物，如不动杆菌、裸藻和深海藻类，也能在细胞内合成蜡脂。但“荷荷巴蜡酯的碳链长度与其不同，其功能也不同。这可能是由于每个物种中FAR和WS的底物偏好不同造成的。” 郭亮告诉《中国科学报》。

他们分析了荷荷巴种子中脂质的分布，结果发现蜡酯主要富集在种子的子叶中，而含量极少的三酰甘油则主要富集在种子的下胚轴中。对种子不同部位的转录组分析表明，参与蜡酯合成的脂肪酰辅酶A延伸酶1基因（）、脂肪酸还原酶基因（ScFAR）和蜡酯合酶基因（ScWS）在子叶中显着表达。高于下胚轴的表达水平。同时，子叶中二酰基甘油酰基转移酶（DGAT）的表达水平远低于下胚轴。

霍霍巴种子脂质分子的空间分布华中农业大学供图

“编码脂肪酸合成和储油相关蛋白的基因往往在子叶中高表达。这些基因的空间表达差异可能是霍霍巴种子中蜡酯和三酰甘油分布差异明显的主要原因。”陈玲玲说。

“这些研究让我们深入了解了霍霍巴蜡酯的合成机理，为霍霍巴品种的改良提供了理论依据。” 中国农业科学院农业基因组研究所研究员崔鹏告诉《中国科学报》。

用油菜籽“借肚生子”

荷荷巴油昂贵的价格严重限制了它的使用范围，仅用于一些药品和化妆品中。郭亮介绍，目前市场上大量的蜡酯需求主要是通过化学合成或基于脂肪酶的生物技术获得。然而，这些脂肪醇必须通过化学合成获得，导致成本较高。

因此，“如何生产廉价的类荷荷巴蜡酯日益紧迫”。郭亮解释说，利用基因工程和代谢工程在生物体中大量合成霍霍巴油类蜡酯已成为首选。

科学家在实验室条件下利用拟南芥和亚麻荠合成了霍霍巴油样蜡酯。但其后代种子发芽成功率并不理想。

油菜籽作为我国产量最大的植物油作物，自上世纪中叶引种驯化以来，积累了丰富的种质资源。随着种植方式和农村劳动力结构的变化以及菜籽油经济效益的影响，我国油菜种植业效益逐年下降。

郭亮认为，高芥酸油菜籽中的脂肪酸组成正好符合荷荷巴中FAR和WS的底物偏好，这使得在高芥酸油菜籽中合成荷荷巴油成为可能。在油菜籽中大量合成霍霍巴油，不仅可以降低市场上霍霍巴油的成本，还可以提高油菜籽种植的效益。

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