李文宗 王磊

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)所，北京 100081）

綜述與專論

長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸EPA、DHA的基因工程研究進(jìn)展

李文宗 王磊

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)所，北京 100081）

長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（long chain polyunsaturated fatty acid，LCPUFA）對(duì)維持人體健康具有重要作用，對(duì)其需求逐年增加，但是由于環(huán)境污染與漁業(yè)資源的下滑，有限的魚(yú)油資源越來(lái)越不能滿足人們需求。運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)人們已相繼分離了多個(gè)LCPUFA合成相關(guān)基因，并闡明了多條LCPUFA合成代謝途徑。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)在高等植物中成功合成了對(duì)人體健康十分重要的長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，尤其是二十碳五烯酸（EPA），二十二碳六烯酸（DHA）。綜述了LCPUFA的合成途徑及轉(zhuǎn)基因研究的最新進(jìn)展，分析合成LCPUFA存在的問(wèn)題及解決方法，并對(duì)未來(lái)多不飽和脂肪酸EPA，DHA的基因工程研究進(jìn)行展望。

長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸；EPA；DHA；轉(zhuǎn)基因植物

長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，指含有兩個(gè)或兩個(gè)以上雙鍵且碳鏈長(zhǎng)度為18-22個(gè)碳原子的直鏈脂肪酸，大部分由寒冷地區(qū)的水生浮游植物合成。長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（long chain polyunsaturated fatty acid，LCPUFA）按照從甲基端開(kāi)始第1個(gè)雙鍵的位置不同，可分為ω-3和ω-6多不飽和脂肪酸［1］。它同維生素、礦物元素一樣是人體的必需營(yíng)養(yǎng)素，是一類在醫(yī)學(xué)［2］和保?。?］方面有重要作用的物質(zhì)。ω-3長(zhǎng)期攝入量不足容易導(dǎo)致心臟和大腦等重要器官功能障礙。ω-3不飽和脂肪酸中對(duì)人體最重要的兩種不飽和脂肪酸是二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）。EPA即二十碳五烯酸的英文縮寫(xiě)，可以幫助降低膽固醇和甘油三酯的含量，促進(jìn)體內(nèi)飽和脂肪酸代謝。具有降低血液黏稠度，增進(jìn)血液循環(huán)，提高組織供氧的作用?？煞乐怪驹谘鼙诘某练e，預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的形成和發(fā)展、預(yù)防腦血栓、腦溢血、高血壓等心血管疾?。?］，被稱為“血管清道夫”。DHA是神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞生長(zhǎng)及維持的一種主要成分，是大腦和視網(wǎng)膜的重要構(gòu)成成分，在人體大腦皮層中含量高達(dá)20％，在眼睛視網(wǎng)膜中所占比例最大，約占50％，因此，對(duì)胎嬰兒智力和視力發(fā)育至關(guān)重要［5-7］，同時(shí)還具有軟化血管的功效，俗稱“腦黃金”。研究發(fā)現(xiàn)一些植物來(lái)源的多不飽和脂肪酸能夠在人體內(nèi)被轉(zhuǎn)化為EPA和DHA，但是效率比較低［8］。LCPUFA主要來(lái)源于深海魚(yú)類，但魚(yú)類自身合成能力很有限，主要靠食用單細(xì)胞藻類和浮游植物通過(guò)食物鏈富集［9］。由于人們生活水平的提高和漁業(yè)資源的減少［10］，以及重金屬和有機(jī)物造成的海洋污染［11-14］，LCPUFA的市場(chǎng)供需差額越來(lái)越大，單純地靠從魚(yú)類食物中攝取已不能滿足需要。利用基因工程手段，通過(guò)轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)LCPUFA具有成本低、重金屬含量低、減少海洋捕撈、保護(hù)生態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，并能補(bǔ)充滿足人們的營(yíng)養(yǎng)健康需求［15，16］。

1　LCPUFA的生物合成途徑

1.1需氧型LCPUFA合成途徑

人和動(dòng)物可從膳食來(lái)源或通過(guò)轉(zhuǎn)換亞油酸（linoleic acid，LA）或亞麻酸（α-linolenic acid，ALA）而獲得ω-3長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，LA和ALA是人類膳食中的必須脂肪酸。盡管人類和許多其他脊椎動(dòng)物能夠?qū)⒅参飦?lái)源的LA或ALA轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，但這種轉(zhuǎn)換的速率比較低，且隨著年齡的增長(zhǎng)其轉(zhuǎn)化效率越來(lái)越低。由于農(nóng)作物和園藝植物以及其他被子植物不具有合成長(zhǎng)鏈ω-3脂肪酸如EPA、DHA所需要的酶。因此與動(dòng)物不同，高等植物不能合成EPA和DHA，而微藻類、苔蘚和真菌可以合成ω-3長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，它們的合成往往需要一系列的氧去飽和與延長(zhǎng)反應(yīng)（圖1），都是以必需脂肪酸LA和ALA為前體物質(zhì)，丙二酸單酰輔酶A為二碳單元供體，在一系列脂肪酸脫氫酶與脂肪酸延長(zhǎng)酶的催化作用下，最終合成長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸［17-19］。而目前研究清楚的主要有△4、△6和△8途徑（圖1）。

1.1.1△6途徑 △6途徑的研究最為詳細(xì)，該途徑以LA和ALA為底物，當(dāng)以LA為底物時(shí)在△6-脫氫酶的去飽和作用下生成γ-亞麻酸（GLA），而γ-亞麻酸在△6-延長(zhǎng)酶的延長(zhǎng)作用下合成二高γ-亞麻酸（DGLA），最后二高γ-亞麻酸在△5-脫氫酶的作用下生成花生四烯酸（ARA）。當(dāng)以ALA為底物時(shí)，在△6-脫氫酶的去飽和作用下生成十八碳四烯酸（SDA），而十八碳四烯酸（SDA）在△6-延長(zhǎng)酶的延長(zhǎng)作用下合成二十碳四烯酸（ETA），最后二十碳四烯酸（ETA）在△5-脫氫酶的作用下生成二十碳五烯酸（EPA）。其中ARA可以在 △17-脫氫酶的作用下生成EPA。

1.1.2△8途徑 △8途徑與△6途徑的主要差別在于△6途徑中最初底物首先在△6-脫氫酶的催化下進(jìn)行脫氫反應(yīng)，然后進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)。而△8途徑在△9-碳鏈延長(zhǎng)酶的作用下，先進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)再氧化脫氫。當(dāng)以LA為底物時(shí)在△9-延長(zhǎng)酶的延長(zhǎng)作用下生成二十碳二烯酸，而后二十碳二烯酸在△8-脫氫酶的作用下生成二高γ-亞麻酸（DGLA），最后二高γ-亞麻酸在△5-脫氫酶的作用下生成花生四烯酸（ARA）。當(dāng)以ALA為底物時(shí)在△9-延長(zhǎng)酶的延長(zhǎng)作用下生成二十碳三烯酸，而后二十碳三烯酸在△8-脫氫酶的作用下生成二十碳四烯酸，最后二十碳四烯酸在△5-脫氫酶的作用下生成EPA。

1.1.3△4途徑 △4途徑一般發(fā)生在低等生物中，是EPA轉(zhuǎn)化為DHA的主要途徑。EPA在△5-延長(zhǎng)酶的作用下生成二十二碳五烯酸（DPA）而后二十二碳五烯酸（DPA）在△4-脫氫酶的作用下最終生成DHA。

1.2厭氧型LCPUFA合成途徑

該途徑存在于海洋微生物體內(nèi)。其在催化生成LCPUFA時(shí)與需氧型LCPUFA合成途徑［20］較類似，均以乙酰輔酶A為最初底物，丙二酸單酰輔酶A為二碳單元供體經(jīng)過(guò)縮合、脫水及還原等過(guò)程不斷加入二碳單元，延長(zhǎng)碳鏈合成最終產(chǎn)物。該過(guò)程中需要一種關(guān)鍵的酶即復(fù)合體酶一聚酮體合成酶（polyketide synthase，PKS），它是由基因組中的3個(gè)或4個(gè)開(kāi)放閱讀框編碼的亞單位組成的多結(jié)構(gòu)域酶［21］。該途徑比需氧型LCPUFA合成途徑相對(duì)簡(jiǎn)單。

2　利用轉(zhuǎn)基因植物合成EPA和DHA

2.1△6途徑產(chǎn)生多不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展

將來(lái)自紫草科琉璃苣屬植物（Borago officinalis）的△6-desaturase基因和來(lái)自小立碗蘚（Physcomitrella patens）的△6-elongase基因和來(lái)自高山被孢霉（Mortierella alpina）的 △5-desaturase基因與種子特異性啟動(dòng)子連接成功構(gòu)建表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化到亞麻（Linum usitatissimum）和煙草（Nicotiana tabacum）［22］中，從而獲得△6合成途徑。結(jié)果在種子中ARA，EPA只有很少的積累，大約只有1.0％ 的 AA和 0.8％的 EPA。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了大量的中間產(chǎn)物，其中γ-亞麻酸（g-linolenic acid，GLA）和十八碳四烯酸（stearidonic acid，SDA）等的含量較高［22］。結(jié)果分析認(rèn)為第二步的反應(yīng)即從SDA到ETA的過(guò)程中△6-elongase碳鏈延長(zhǎng)的效率很低，僅為10％，出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象。

圖1　需氧型LCPUFA的生物合成途徑

當(dāng)EPA在轉(zhuǎn)基因植物中能成功合成以后，Rbert等把目標(biāo)放在了獲取更多的DHA，Robert等［23］將斑馬魚(yú)（Daniorerio）的△6/△5- 雙功能脫氫酶基因、秀麗線蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）的△6-elongase基因 、鹽生巴夫藻（Pavlova salina）的△5-elongase基因和△4-desaturase基因分2步轉(zhuǎn)入擬南芥中，最終生成了0.5％的DHA，來(lái)自于斑馬魚(yú)（Daniorerio）的△6/△5-雙功能脫氫酶基因在行使去飽和作用時(shí)是以?；?CoA 中的脂肪酸為底物，其產(chǎn)物可直接被△6-碳鏈延長(zhǎng)酶利用，大大提高了碳鏈延長(zhǎng)效率，突破了“瓶頸”現(xiàn)象。但是可能是由于脫氫酶來(lái)源于動(dòng)物在植物中的活性不高，導(dǎo)致最終得到的DHA的含量也不高。雖然結(jié)果不盡如人意，但是證明了在轉(zhuǎn)基因植物中可以合成DHA。

使用芥菜為轉(zhuǎn)基因植物合成LCPUFA，Wu等［24］采用相同的方法先將來(lái)自于畸雌腐霉（Pythium irregulare）的△6-desaturase基因和來(lái)自于海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△5-desaturase基因和來(lái)自于小立碗蘚（Physcomitrella patens）的△6-elongase基因與種子特異性啟動(dòng)子連接成功構(gòu)建表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化到芥菜中，產(chǎn)生了約7.7％的ARA和0.8％的 EPA。為了得到更多的EPA，Wu等［24］在此基礎(chǔ)上又加入了來(lái)自于金盞花（Calendulaofficinalis）的△12-desaturase基因，目的在于為了增加LA的含量與減少18：2n-9副產(chǎn)物的生成，加入了來(lái)自于海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△6-elongase基因，為了加強(qiáng)碳鏈延長(zhǎng)過(guò)程從而克服“瓶頸”現(xiàn)象。加入來(lái)自于畸雌腐霉（Pythium irregulare）的ω3 desaturase基因，為了促進(jìn)花生四烯酸轉(zhuǎn)變?yōu)镋PA，結(jié)果顯示最終EPA濃度達(dá)到了8％。隨后Wu等［24］又加入了來(lái)自于虹鱒（Oncorhynchus mykiss）的△5-elongase基因與來(lái)自于海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△4-desaturase基因，形成了DHA的合成途徑，研究人員又加入了溶血磷脂?；D(zhuǎn)移酶（LPAAT），它可以增強(qiáng)脂肪酸從磷脂中轉(zhuǎn)換到?；o酶A中的能力從而進(jìn)一步克服“瓶頸”現(xiàn)象。最后他們將這9個(gè)基因與特異性啟動(dòng)子連接成功后轉(zhuǎn)化，最后在種子中得到約0.2％的DHA，最高含量可以達(dá)到1.5％。

Kinney等［25］以大豆為轉(zhuǎn)基因受體，將來(lái)自于異枝水霉（Saprolegnia diclina）的 △6-desaturse基因，高山被孢霉（Mortierella alpina）的△6-elongase基因，高山被孢霉（Mortierella alpine）的△5-desaturase基因，異枝水霉（Saprolegnia diclina）的△17-desaturase基因，巴夫藻（Pavlova viridis）的△5-elongases基因，裂殖壺菌（Schizochytrium limacinum）的△4-desaturase基因，擬南芥的FAD3基因與特異性啟動(dòng)子連接，成功構(gòu)建表達(dá)載體后轉(zhuǎn)化大豆。Kinney等［25］最終得到的結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因大豆種子中EPA的含量為l9.5％，幾乎沒(méi)有ARA。這是由于轉(zhuǎn)基因大豆中包含來(lái)自異枝水霉的△17-脂肪酸脫氫酶，催化ARA脫氫后形成了更多的EPA。而DHA的含量最高能達(dá)到3.1％。與轉(zhuǎn)基因煙草、亞麻不同的是大豆中碳鏈延長(zhǎng)反應(yīng)沒(méi)有受到明顯限制，從SDA到二十碳四烯酸的延長(zhǎng)率為56％，使二十碳脂肪酸的含量高達(dá)40.2％［26］。

Cheng等［27］將畸雌腐霉（Pythium irregulare）的△6-desaturase基因，海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△5-desaturase基因和△6-elongase 基因，致病疫霉菌（Phytophytora infestans）的ω3 desaturase基因，金盞花（Calendula officinalis）的 △12-desaturase基因與特異性啟動(dòng)子napin［28］連接，成功構(gòu)建表達(dá)載體Napin-A。隨后他們將表達(dá)載體Napin-A轉(zhuǎn)化到無(wú)芥酸芥菜型油菜株系（Zero-erucic B. juncea line l424），高芥酸埃塞俄比亞芥株系（Higherucic B. carinata line）及無(wú)芥酸埃塞俄比亞芥株系（Zero-erucic B. carinata line）3個(gè)不同的轉(zhuǎn)基因受體中以探究不同轉(zhuǎn)基因受體對(duì)長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸合成的影響發(fā)現(xiàn)，無(wú)芥酸芥菜型油菜株系中EPA的含量最高達(dá)到10.8％，二十二碳五烯酸（DPA）達(dá)到0.4％，△6-desaturase與△5-desaturase的脫氫效率分別為57.7％和80.8％?！?-elongase的轉(zhuǎn)換效率為35.2％。在高芥酸埃塞俄比亞芥株系中EPA的含量最高達(dá)到13.7％，DPA達(dá)到1.4％，△6-desaturase與△5-desaturase的脫氫效率分別為81.8％和87.8％?！?-elongase的轉(zhuǎn)換效率為41.9％。在無(wú)芥酸埃塞俄比亞芥株系中EPA的含量最高能達(dá)到25％，DPA達(dá)到4.0％，△6-desaturase與△5-desaturase的脫氫效率分別為91.5％和86.5％?！? -elongase的轉(zhuǎn)換效率為51.9％。對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)芥酸埃塞俄比亞芥是最優(yōu)的轉(zhuǎn)基因受體。來(lái)自麥角菌（Claviceps purpurea）的ω3 desaturase基因［29］具有將ω-6多不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?3多不飽和脂肪酸的功能，來(lái)自畸雌腐霉（Pythium irregulare）的ω3 desaturase基因［30］能高效的將花生四烯酸（ARA）轉(zhuǎn)變?yōu)镋PA。將這兩個(gè)基因與畸雌腐霉（Pythium irregulare）的△6-desaturase基因，海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△5-desaturase基因和假微型海鏈藻（Thalassiosira pseudonana）的elongase基因一起構(gòu)建表達(dá)載體轉(zhuǎn)化芥菜，結(jié)果顯示這兩個(gè)基因能大大增加芥菜中EPA的含量［27］。這為今后在植物中合成長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸提供了新的高效的基因。

Ruiz-Lopez等［31］以亞麻薺（Camelina sativa）為轉(zhuǎn)基因受體，將來(lái)自于海洋真核微藻（Ostreococcus tauri）的Δ6-desaturase基因，小立碗蘚（Physcomitrella patens）的△6-elongase基因，海洋破囊壺菌（Thraustochytrium sp.）的△5-desaturase基因，大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）的△12-desaturase基因，致病疫霉（Phytophthora infestans）的ω3 desaturase基因與特異性啟動(dòng)子連接，成功構(gòu)建EPA表達(dá)載體。結(jié)果顯示EPA的含量最高可以達(dá)到31％。其中SDA的平均含量為2.9％，表明了△6-elongase基因具有高效的延長(zhǎng)作用，突破了“瓶頸”現(xiàn)象。ω-6多不飽和脂肪酸GLA，二高γ-亞麻酸與ARA的含量分別為2.7％、0.8％和1.7％，且ω-3多不飽和脂肪酸與ω-6多不飽和脂肪酸的濃度比值為9∶1，表明該途徑能有效的減少ω-6多不飽和脂肪酸及中間產(chǎn)物的產(chǎn)生。為了進(jìn)一步得到DHA，Ruiz-Lopez等依據(jù)以上研究，在其基礎(chǔ)之上加入來(lái)自于海洋真核微藻（Ostreococcus tauri）的△5-elongases基因，赫氏圓石藻（Emiliania huxleyi）的 Δ4-desaturase 基因，將這7個(gè)基因與特異性啟動(dòng)子連接，成功構(gòu)建DHA表達(dá)載體。最終結(jié)果顯示EPA與DHA的含量最高能達(dá)到12％和14％［31］，非常接近于魚(yú)油中EPA與DHA的含量（即13％EPA，13％DHA）。

目前所知，得到的DHA含量最高的是 Petrie和Liu等［32］在擬南芥中利用△-6途徑得到的。DHA的最高含量能達(dá)到15.1％。Liu等將來(lái)自于芽殖酵母（Lachancea kluyveri）的△12-desaturase基因，畢赤酵母（Pichia pastoris）的 △15-desaturase 基因，細(xì)小微胞藻（Micromonas pusilla）的 △6-desaturase基因，塔胞藻（Pyramimonas cordata）△6-elongases基因和△5-elongases基因，鹽巴夫微藻（Pavlova salina）的△5-desaturases基因和△4-desaturases 基因與特異性啟動(dòng)子以及煙草花葉病毒的沉默阻抑物連接成功構(gòu)建表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化擬南芥［32］。來(lái)自于細(xì)小微胞藻（Micromonas pusilla）的 △6-desaturase在整個(gè)合成途徑中起到了至關(guān)重要的作用，△6-desaturase具有偏向性，在植物中對(duì)ω3脂肪酸底物的轉(zhuǎn)換效率高于對(duì)ω6脂肪酸底物的轉(zhuǎn)換效率即對(duì)作為脂肪酸底物的ALA的△6-去飽和酶的活性高于對(duì)LA的△6-去飽和酶活性，從而提高了EPA、DPA、DHA的水平，且該△6-desaturase還具有△8-desaturase的活性。同時(shí)最重要的一點(diǎn)是對(duì)作為脂肪酸底物的ALA-COA的△6-desaturase活性要高于對(duì)作為脂肪酸底物的連接與磷脂酰膽堿（PC）的sn-2位置的ALA的△6-desaturase活性，因此大大的提高了△6-elongases的延長(zhǎng)效率，突破了“瓶頸”且能在植物中高效的表達(dá)。在此途徑中還有一個(gè)重要的酶即來(lái)自于塔胞藻的△5-elongases，該酶可以高效的將EPA轉(zhuǎn)換為DPA從而提高DHA的含量［32］。

2.2△8途徑產(chǎn)生多不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展

Qi等［33］在擬南芥中成功構(gòu)建了多不飽和脂肪酸的合成途徑。將 Ca35S啟動(dòng)子分別與來(lái)自于等鞭金藻（Isochrysis galbana）的△9-elongases基因、纖細(xì)裸藻（Euglena gracil）的△8-desaturase基因及高山被孢霉（Mortierella alpina）的△5-desaturase基因連接，成功構(gòu)建合成 LCPUFA的△8途徑，最終雖在轉(zhuǎn)基因擬南芥葉片中檢測(cè)到含量為 18.8％的非內(nèi)源二十碳 LCPUFA，其中 ARA 為 6.6％，EPA 3.0％，但種子中幾乎沒(méi)有目的脂肪［33］。此途徑中的△9-碳鏈延長(zhǎng)酶直接利用擬南芥內(nèi)?；?CoA庫(kù)中富含的LA-CoA、ALA-CoA進(jìn)行碳鏈延長(zhǎng)，酶促底物不需由磷脂庫(kù)向?；o酶A庫(kù)的轉(zhuǎn)運(yùn)，繞過(guò)了“瓶頸”有利于LCPUFA 的起始合成。雖結(jié)果不是很理想，但提供了一個(gè)產(chǎn)生LCPUFA的新方案。

3　轉(zhuǎn)基因植物合成EPA、DHA存在的問(wèn)題及解決方法

3.1?；?PC庫(kù)與?；?COA庫(kù)之間高效的?；D(zhuǎn)換

在植物、苔蘚和微藻類中，VLC-PUFA去飽和作用天然發(fā)生在主要屬于酰基-PC庫(kù)的脂肪酸底物，而延長(zhǎng)作用發(fā)生在酰基-COA庫(kù)的底物，也就是說(shuō)在合成LCPUFA的過(guò)程中去飽和反應(yīng)與碳鏈延長(zhǎng)反應(yīng)的底物需要在?；?PC庫(kù)與?；?COA庫(kù)之間來(lái)回不停地轉(zhuǎn)換，但是在植物體內(nèi)植物內(nèi)源的?；D(zhuǎn)移酶并不能有效的催化它們之間的轉(zhuǎn)換，從而影響最終EPA與DHA的產(chǎn)量［34］。其實(shí)脂肪酸在?；?PC庫(kù)與酰基-CoA庫(kù)之間相互轉(zhuǎn)換時(shí)，多種酶可促進(jìn)此過(guò)程。?；?CoA：溶血磷脂?；D(zhuǎn)移酶（the acyl-CoA：lysophospatidylcholine acyltrasferase，LPCAT）就是其中的一種，Domergue等［35］認(rèn)為此酶對(duì)目的脂肪酸的積累可能非常有用，因其不僅可催化?；?CoA中的脂肪酸轉(zhuǎn)移到?；?PC庫(kù)中，也可催化溶血磷脂中sn-2脂肪酸形成?；?CoA，從而實(shí)現(xiàn)高效的?；D(zhuǎn)換。同時(shí)還可使用依賴于?；?CoA的△6-desaturase，能大大提高△6-elongases的延長(zhǎng)效率，最終產(chǎn)生更多長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸。

3.2合成LCPUFA時(shí)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物

前面介紹的研究中轉(zhuǎn)基因植物在合成長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸的過(guò)程中也都發(fā)現(xiàn)生成了大量的中間產(chǎn)物（GLA；dihomo-gamma-linolenic acid，DGLA）和副產(chǎn)物（sciadonic acid，SCA；juniperonic acid，JUN），約占35％［37］。這些中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物組成復(fù)雜且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，應(yīng)將其濃度降到最低［38］?？衫镁哂衅眯缘拿?，如來(lái)自于細(xì)小微胞藻（Micromonas pusilla）的 △6-去飽和酶［32］及更加高效的酶。

3.3提高終產(chǎn)物DHA的含量

在目前的研究中，人們已經(jīng)成功的在轉(zhuǎn)基因植物中穩(wěn)定獲得EPA與DHA，DHA的濃度最高能達(dá)到15.1％［32］，但在一定程度上我們還可以繼續(xù)進(jìn)行合成途徑的優(yōu)化得到更大濃度的DHA。（1）選取合適的LCPUFA受體，種子中富含亞油酸或亞麻酸如大豆，油菜等油料植物都是很好的LCPUFA受體。（2）要選取合適的目標(biāo)基因，有時(shí)候基因的功能雖然相同但是來(lái)源不同的兩個(gè)基因在行使功能的時(shí)候效率可能相差很大。同時(shí)我們拿到目標(biāo)基因以后要進(jìn)行密碼子優(yōu)化［39］，可以提高LCPUFA的合成效率。（3）載體的構(gòu)建，構(gòu)建載體時(shí)需要選擇合適的啟動(dòng)子，選擇啟動(dòng)子時(shí)不僅要考慮基因表達(dá)的時(shí)間特異性、空間特異性還要注意受體植物本身的特異性［28］。在構(gòu)建表達(dá)載體時(shí)，每一個(gè)轉(zhuǎn)化的基因前后都有特異的啟動(dòng)子與終止子從而構(gòu)成一個(gè)完整的表達(dá)框?；蚬こ淌侄慰梢陨a(chǎn)出只含有EPA的ω-3不飽和脂肪酸（針對(duì)中老年人，因?yàn)镋PA具有類激素效應(yīng)，孕婦、兒童等特殊群體要避免攝入）；或者生產(chǎn)出高DHA的ω-3不飽和脂肪酸，適合不同人群的需要。利用基因工程改良作物，在植物中生產(chǎn)EPA或DHA將大大的彌補(bǔ)市場(chǎng)上長(zhǎng)期缺乏的魚(yú)油資源，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景。

4　展望

長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸，尤其是EPA與DHA對(duì)人體健康和發(fā)育具有非常重要的作用，一般約20 kg深海魚(yú)類可以提取出1 kg魚(yú)油，1 kg魚(yú)油中大概有30-120 g是DHA（魚(yú)油中DHA和EPA的比例通常都保持在1∶3左右）。即一小瓶深海魚(yú)油保守估計(jì)也需要20 kg以上的鯖魚(yú)（Mackerel）、沙丁魚(yú)（Sardines）、金槍魚(yú)（Tuna）、鯨魚(yú)（Whale）或者其他深海魚(yú)類。但大西洋藍(lán)鰭金槍魚(yú)瀕臨滅絕，其他多種金槍魚(yú)的生存狀態(tài)也先后拉響了警報(bào)，多種鯨魚(yú)數(shù)量更是銳減。當(dāng)各種海洋資源在人類巨大的消費(fèi)能力下都顯得捉襟見(jiàn)肘時(shí)，現(xiàn)有的魚(yú)油越來(lái)越不能滿足人們的需求［40］。利用基因工程技術(shù)在植物中合成長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸可以化解深海魚(yú)油資源的匱乏，滿足人們的健康需求。已有的研究結(jié)果展示出了在植物中生產(chǎn)多不飽和脂肪酸EPA、DHA的巨大潛力，按照EPA或DHA占植物含油量的5％-10％計(jì)算，一畝油菜可以生產(chǎn)EPA或DHA 4-8 kg，按4 kg計(jì)算也相當(dāng)于33-133 kg的深海魚(yú)油。而且利用

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（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Research Progress on Genetic Engineering for Long-chain Polyunsaturated Fatty Acids EPA and DHA

LI Wen-zong WANG Lei
（Biotechnology Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

Long-chain polyunsaturated fatty acids（LCPUFAs）play an important role in maintaining human health. The demand of edible EPA and DHA has significantly increased in recent years. However，the fish oil resource is obviously reduced due to the environmental pollution and the decline of the fishery resources，thus can't meet the demands of people. The researchers have successively separated multiple genes that involved in LCPUFA synthesis and clarified the multiple LCPUFA synthetic pathways. LCPUFAs，especially DHA and EPA，have been successfully produced in monocot and dicot plants through genetic engineering. We summarized the latest research progress of LCPUFAs bio-synthesis and genetic engineering in higher plants，and analyzed the issues of LCPUFA synthesis，then proposed the possible solutions，and had an prospect of LCPUFA by genetic engineering.

long-chain polyunsaturated fatty acids；EPA；DHA；transgenic plant

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.08.001

2015-11-13

李文宗，男，碩士，研究方向：植物分子生物學(xué)與基因工程；E-mail：lwzm1010@163.com

王磊，男，博士，研究員，研究方向：植物分子生物學(xué)與基因工程；E-mail： wanglei01@caas.cn