摘要 神經(jīng)酸（NA）是一種超長鏈單不飽和脂肪酸，為大腦神經(jīng)纖維髓鞘的核心成分，具有修復(fù)受損大腦神經(jīng)纖維、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生等功能。因此，NA 受到越來越多的研究和關(guān)注。目前NA 主要依賴于從天然物種中提取，難以滿足市場需要，限制其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。近年來，隨著基因工程以及合成生物學(xué)的發(fā)展，通過多基因策略，在現(xiàn)有物種中構(gòu)建NA 代謝路徑，可經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)地獲得NA，以滿足營養(yǎng)、制藥和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域的需求。本文綜述了NA 的生物功能、生物來源、合成途徑，并比較了基因工程生產(chǎn)NA 各底盤的優(yōu)劣，進(jìn)一步探討了十字花科油料作物底盤生產(chǎn)富含NA 種子油的影響因素，以期為將來通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子育種調(diào)控NA 的生產(chǎn)，獲得可再生的NA 資源提供一定的思路和策略。

關(guān)鍵詞 神經(jīng)酸； 基因工程； 底盤； 轉(zhuǎn)基因； 分子育種； 十字花科油料作物； 種子油

中圖分類號 Q819∶S565 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1000-2421（2024）02-0064-11

神經(jīng)酸（nervonic acid，NA）學(xué)名為15-二十四碳烯酸（C24∶1），最初在鯊魚大腦中分離得到，故又名鯊油酸［1］。其分子式為C24H46O2，相對分子質(zhì)量為366.6，純品在常溫狀態(tài)下為白色針狀固體，溶于醇，不溶于水，是一種ω-9 型長鏈單不飽和脂肪酸［2］。在人體中主要以三酰甘油（triacylglycerol，TAG）的形式儲(chǔ)存［3］。研究表明，NA 與人體多種疾病有關(guān)，而人體無法合成NA，必須從食物中獲取。探究NA 及其衍生物的生理功能、來源及合成途徑等對現(xiàn)代基因工程規(guī)?；a(chǎn)NA 具有重要價(jià)值。本文對NA的生物功能、生物來源、合成途徑及基因工程生產(chǎn)NA 的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為將來通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子育種調(diào)控NA 的生產(chǎn)、獲得可再生的NA 資源提供一定的思路和策略。

1 NA的相關(guān)功能

NA 是一種天然的生物活性脂肪酸，最早以神經(jīng)鞘脂（nervonic sphingolipids，SLs）形式被發(fā)現(xiàn)。早在1972 年，英國神經(jīng)學(xué)家就發(fā)現(xiàn)NA 具有修復(fù)鯊魚受傷腦組織的作用［4］。NA 及其衍生物存在于人體多數(shù)組織中，大腦、肝臟及腎臟中較為豐富［5］。NA 及其衍生物以自由狀態(tài)或通過酰胺鍵與鞘氨醇堿結(jié)合形成神經(jīng)酰胺、鞘脂［6］等物質(zhì)參與眾多生物過程［7-8］。Phung 等［9］系統(tǒng)總結(jié)了NA 功能及相關(guān)機(jī)制，主要包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)、信號傳導(dǎo)、抗炎、脂質(zhì)動(dòng)員4 個(gè)相互關(guān)聯(lián)的功能。人體缺乏NA 會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常、脫髓鞘疾病、神經(jīng)退行性疾病、心腦血管疾病、免疫缺陷疾病、腫瘤及抑郁癥等多種疾病，機(jī)體攝入NA 可以協(xié)調(diào)作用多個(gè)靶點(diǎn)，共同緩解機(jī)體癥狀（表1）。

NA 及其衍生物在工業(yè)上也有廣泛應(yīng)用，作為生產(chǎn)塑料、化妝品、樹脂、尼龍、表面活性劑、生物燃料和潤滑劑等產(chǎn)品的原料［32］。相較于其他工業(yè)原料，綠色及具可持續(xù)特性的NA 及其衍生物，更具有應(yīng)用和推廣價(jià)值。

隨著社會(huì)環(huán)境的改變以及人口老齡化程度的加深，我國患心腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、癌癥以及抑郁癥的人數(shù)不斷攀升。由于這類疾病無特效藥，病程極長，治療及康復(fù)過程將占用大量公共資源，成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的阻礙。我國植物神經(jīng)酸研究起步較晚，近年來才展現(xiàn)出急起直追之勢。國內(nèi)的研究主要聚焦于工業(yè)化提?。?3］、自然資源元寶楓（Acer truncatum Bunge ）籽油的工業(yè)化生產(chǎn)以及微藻品種的發(fā)掘等基礎(chǔ)研究。市場上售賣的NA 產(chǎn)品主要有國牡元寶楓籽油、漢林牌腦憶康膠囊和壽堂牌納福希膠囊等，品類少且價(jià)格貴。我國亟需開發(fā)新型NA 資源，加速深層研究，更好地服務(wù)大眾。

2 NA的生物來源

2.1 動(dòng)物來源

發(fā)達(dá)國家最早從鯊魚腦中提取NA［1］，但國際組織明令禁止捕獲鯊魚。近年來，在大西洋鱈、大馬哈魚以及紅鮭等魚類中發(fā)現(xiàn)NA 及其衍生物，但由于人類過渡捕撈和海洋環(huán)境污染，這些魚類資源的可持續(xù)性和安全性受到威脅，限制其作為NA 來源進(jìn)一步開發(fā)利用［34-35］。在其他哺乳動(dòng)物的大腦中也含有神經(jīng)酸，但其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較低，尚未得到大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用（表 2）。

2.2 植物來源

一些植物的果實(shí)和種子油中含有豐富的NA。截至目前，在13 科31 個(gè)屬的38 種植物中發(fā)現(xiàn)NA［49-50］，包含木本及草本兩大類，其中應(yīng)用較廣及NA 含量較高［NA 占總脂肪酸（FA）19% 及以上］植物見表 2。

木本植株較長的生長周期在很大程度上限制其利用，故只有NA 含量高的物種才具有開發(fā)利用價(jià)值。廣東和云南特有物種蒜頭果果仁中含有55.7%～67% 的NA，為國家二級保護(hù)植物，無法作為NA 的主要來源［36］。元寶楓果油中含有6% 的NA，不斷優(yōu)化的提取技術(shù)將終產(chǎn)品NA 含量提高到47% 左右［37-38］。盾葉木（Macaranga adenantha）NA含量高，但分布零散［39］。故我國特有物種元寶楓憑借其較為豐富的資源，成為目前提取NA 的主要自然植物資源［37-39］。

含NA 的草本植物十字花科居多，十字花科植物較木本植物生長周期短，繁殖繼代快，具有先天的開發(fā)利用優(yōu)勢［35］。碎米薺（Cardamine graeca）NA 含量最高，但其苛刻的生長條件限制其大規(guī)模擴(kuò)繁種植［40］。智利獨(dú)有的多年生草本植物旱金蓮（Tropae?olum speciosum），其種子油NA 占總FA 的40.0%～45.4%，但種子較難獲得和繁殖［41］。銀扇草（Lunariaannua）是2年生草本油料作物，其種子油NA 含量相對較低且產(chǎn)量不穩(wěn)定，無法規(guī)?；斋@，同時(shí)其高達(dá)50% 的芥酸（erucic acid，EA）無法滿足NA 油的相關(guān)應(yīng)用要求［42］。

2.3 微生物來源

在現(xiàn)有報(bào)道中，天然微生物的NA 含量和滴度相對較低（表 2）。早在1986 年，Nichols 等［51］就在硅藻Nitzshia cylindrus 中發(fā)現(xiàn)了低含量的NA；近年來，Yuan 等［43］在華東地區(qū)發(fā)現(xiàn)綠色微藻Mychonastes af?ter HSO-3-1（M. HSO-3-1）中含NA，且具有極低的EA 含量和較高的亞麻酸（C18∶3）含量。Saadaoui等［44］在波斯灣分離得到1 株耐高溫和廣泛鹽度的Nannochloris sp.QUCCCM31，其NA 含量占總脂質(zhì)的9.97%。

除微藻外，少數(shù)真菌和細(xì)菌也具有合成NA 的能力。植物病原絲狀真菌Macrophomina phaseolina 和細(xì)菌Francisella tularensis 可產(chǎn)生較高含量的NA，但較高的感染性限制其應(yīng)用［45-46］。有學(xué)者鑒定，油絲狀真菌Mortierella capitata RD000969 和Mortierellaelongata SC-208 可分別積累占總脂肪酸6.94% 及4.9% 的NA，但經(jīng)發(fā)酵優(yōu)化后，NA 滴度只能達(dá)186.3和123.7 mg/L，達(dá)不到工業(yè)應(yīng)用程度［47-48］。

由于天然物種中動(dòng)物資源的單一性和稀缺性，植物資源的長周期性和難獲得性，微生物資源的低NA 含量，致使從自然資源中獲取NA 無法滿足市場需求，需進(jìn)一步改造和篩選新的NA 來源。

3 NA的生物合成途徑

NA 作為超長鏈脂肪酸再加上其單不飽和的特性，其生物合成主要?jiǎng)澐譃? 步［3］：在質(zhì)體脂肪酸合酶復(fù)合體作用下，乙酰-CoA 從頭延伸生成軟脂酸-ACP 或硬脂酸-ACP；去飽和形成油酸（oleic acid，C18∶1）；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂肪酸延伸酶復(fù)合體作用下經(jīng)縮合、還原、脫水、還原循環(huán)3 次延伸生成NA［52-54］（圖 1）。該復(fù)合體包括3-酮酯酰-CoA 合酶（3-keto‐acyl-CoA synthase，KCS）、3-酮酯酰-CoA 還原酶（3-ketoacyl-CoA reductase，KCR）、3-羥酯酰-CoA 脫水酶（3-hydroxyacyl-CoA dehydrase，HCD）和羥酯酰-CoA還原酶（enoyl-CoA reductase，ECR），其中KCS 是碳鏈延伸過程的限速酶，結(jié)合囊的性狀和大小賦予嚴(yán)格的底物及組織特異性，決定最終產(chǎn)物的碳鏈長度［55］。

合成的NA 經(jīng)?；D(zhuǎn)移酶作用以甘油三酯（triglycerides，TAGs）的形式儲(chǔ)存［54-56］（圖1）。值得注意的是，NA 在哺乳動(dòng)物母乳中主要結(jié)合于三磷酸甘油（G3P）的sn-2 位，而在植物中主要結(jié)合sn-1 和sn-3 位［57］。

4 基因工程生產(chǎn)NA現(xiàn)狀及前景

有學(xué)者利用順-13-二十二碳烯基甲酯化學(xué)合成NA，但存在產(chǎn)率較低、副產(chǎn)物較多、制備過程資源消耗高，污染嚴(yán)重等問題［58］；隨著基因工程以及合成生物學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展、NA 合成和組裝相關(guān)基因的確定，基因工程生產(chǎn)NA 憑借其規(guī)模大、耗時(shí)短、資源浪費(fèi)少，吸引了各國科學(xué)家的加入。

4.1 底盤選擇

由于微生物具有增殖周期短、產(chǎn)量高、條件限制少、遺傳轉(zhuǎn)化便捷等特點(diǎn)，科學(xué)家最早開發(fā)微生物底盤來生產(chǎn)NA。微藻和酵母在改造項(xiàng)目中占據(jù)高位［59-60］。有學(xué)者在酵母中異源表達(dá)菌株Mychonas?tes HSO-3-1 的KCS 基因［61］以及Lunaria annua 的KCS 基因（LaKCS）［62］，轉(zhuǎn)基因品系中產(chǎn)生 NA。夏俊杰［63］利用釀酒酵母構(gòu)建了高產(chǎn)NA 工程菌，使得NA 產(chǎn)量高達(dá)到1.37%。Zhang 等［64］在Saccharomy?ces cerevisiae 中共表達(dá)Crambe hispanica 的ChFAE1和Lunaria annua 的 LaKCS，使得轉(zhuǎn)基因株系產(chǎn)生5% 的NA。Wang 等［65］在產(chǎn)油酵母Yarrowia lipo?lytica 中構(gòu)建出植物與非植物相結(jié)合的NA 合成通路：增加C18∶0 作為非植物途徑前體的供應(yīng)，同時(shí)刪除了β-氧化途徑；利用 NA 特異性Malania oleifera的MoLpaat 替換其內(nèi)源LPAAT，并增加了輔助因子的供應(yīng)，最終獲得NA 含量為23.44% 菌株。

科學(xué)家在利用植物底盤生成NA 的嘗試主要集中在十字花科。Huai 等［52］利用擬南芥（Arabidopsisthaliana）中單拷貝的AtKCR、AtHCD 和AtECR 組合LaKCS，輔助種子特異性啟動(dòng)子，在亞麻薺（Cam?elina sativa）中異源表達(dá)，研究了所有延長酶組分的組合效應(yīng)。在AtKCR、AtHCD 以及AtECR 單獨(dú)結(jié)合LaKCS 構(gòu)成的3 個(gè)雙基因共表達(dá)系，以及AtK?CR、AtHCD 和LaKCS 結(jié)合的三基因共表達(dá)系中，NA 均沒有進(jìn)一步增加，再次證明KCS 基因在NA 延長過程中限速酶的重要地位。Guo 等［62］將LaKCS基因轉(zhuǎn)移至擬南芥以及高EA 埃塞俄比亞芥（Brassi?ca carinata）中表達(dá)，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因系NA 含量較野生型分別增加30 和10 倍，轉(zhuǎn)基因埃塞俄比亞芥中NA 含量更是高達(dá)30%。Taylor 等［66］在埃塞俄比亞芥中表達(dá)Cardamine graeca 的 KCS 基因（CgKCS），使得NA 比例增加到42.2%。高的NA 比例、較高的種子油含量（38%）和田間種子產(chǎn)量（167～200 kg/667 m2）使其成為目前所有NA 種子源中表現(xiàn)最好的品種［35］。

外源基因的轉(zhuǎn)入可使微生物產(chǎn)生NA，但難免會(huì)遇到大型生物發(fā)酵設(shè)備持續(xù)的資金投入問題；相較微生物，選擇繁殖快、產(chǎn)量高的十字花科植物生產(chǎn)NA，除前期開發(fā)株系需一定資本投入外，后期應(yīng)用只需根據(jù)需求調(diào)整種植面積即可。

4.2 可利用基因資源

NA 天然物種蒜頭果［54，67］、文冠果［68］、元寶楓［69］基因組測序的完成及KCS 基因家族的鑒定和分類，為基因的選擇提供了保障。目前鑒定出的擬南芥、蒜頭果、文冠果、元寶楓KCS 基因家族成員分別有FAE-like、KCS-like、FDH-like 和CER 等4 個(gè)亞族。元寶楓線粒體［70］、葉綠體［71］基因組測序的完成，進(jìn)一步拓寬了可利用基因的范圍。有學(xué)者將產(chǎn)油酵母、擬南芥、碎米芥和蒜頭果的?；D(zhuǎn)移酶序列進(jìn)行比對，并對?；D(zhuǎn)移酶編碼基因進(jìn)行了鑒定［54］。異源?；D(zhuǎn)移酶在植物中表達(dá)可提高超長鏈脂肪酸（very long-chain fatty acids， VLCFA）在TAG 中的組裝效率以及含油量［72-74］?？衫没蛸Y源的不斷豐富，促進(jìn)基因工程生產(chǎn)NA 的進(jìn)一步發(fā)展。

4.3 生產(chǎn)NA的植物代謝工程前景

前人已驗(yàn)證在植物中異源表達(dá)重組KCS 能夠顯著改變十字花科VLCFA 的含量。利用植物代謝工程生產(chǎn)NA 的研究思路還可進(jìn)一步拓展，包括：提高某種超長鏈脂肪酸底物含量、提高脂肪酸組裝效率以及含油量等［75］。同時(shí)綜合考慮最終NA 產(chǎn)品所需的便捷性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，可優(yōu)選產(chǎn)量大、可持續(xù)、易應(yīng)用的植物種子油為NA 載體。借助前人改造十字花科生產(chǎn)NA 的經(jīng)驗(yàn)，采取將KCS 基因以及TAGs 生物合成相關(guān)基因相結(jié)合的多基因策略，進(jìn)一步開發(fā)十字花科油料作物生產(chǎn)NA 種子油有望實(shí)現(xiàn)既得利益最大化。以下探討影響十字花科油料作物種子油中NA 含量的主要因素。

1）KCS 基因的選擇 。KCS 作為NA 生物合成過程中的限速酶，具有嚴(yán)格的底物以及組織特異性，決定轉(zhuǎn)基因作物中NA 的最終含量。元寶楓Chr4.2307.KCS、Chr4.2308.KCS、Chr4.2311.KCS 在NA 生成關(guān)鍵時(shí)期顯著上調(diào)［76］；蒜頭果MoKCS11對二十碳烯具有顯著底物偏好性［77］，F(xiàn)AE-like 基因Maole004215.T1在野生酵母中表達(dá)產(chǎn)生C22∶0/C22∶1和C24∶0/C24∶1 等4 種新的脂肪酸［78］。

將不同的KCS 進(jìn)行組合，構(gòu)成代謝鏈，調(diào)動(dòng)不同底物轉(zhuǎn)化成NA；或選擇底物充足的轉(zhuǎn)化底盤，提高底物轉(zhuǎn)化率，以突破單基因調(diào)控NA 含量增加的有限性。值得注意的是，目前普遍認(rèn)為攝入EA 過多，會(huì)引起心臟疾?。?9-80］。轉(zhuǎn)基因植物種子中EA 含量與該品種的利用價(jià)值呈負(fù)相關(guān)，增加NA 的同時(shí)降低EA 的含量，也是未來改造的目標(biāo)之一。

2）提高NA 的存儲(chǔ)能力。不同十字花科油料作物含油量及NA 比例均有所不同，只有含油量超過10% 且NA 比例高的油料作物才具有開發(fā)利用價(jià)值［35］。故在未來改造過程中不僅要提高NA 含量還要兼顧作物含油量的提高。TAG 是種子油中的主要成分，將KCS 基因與提高TAG 含量的相關(guān)基因共表達(dá)，有助于培育高價(jià)值新品種。

①促進(jìn)NA 積累。在經(jīng)典的肯尼迪途徑（Kennedypathway）中，GPAT、LPAAT 和DGAT 催化G3P主鏈上連續(xù)的酰化反應(yīng)生成TAG［81-82］。在煙草以及馬鈴薯塊莖中，利用強(qiáng)組成型病毒啟動(dòng)子CaMV-35S 表達(dá)DGAT1，導(dǎo)致TAG 增加，并且對植物生長沒有顯著的負(fù)面影響［83-84］。植物內(nèi)源性酰基轉(zhuǎn)移酶只能將NA 并入且不能同時(shí)并入TAG 的sn-1 或sn-3位，sn-2 位通常由16C 和18C 脂肪酸占據(jù)［50，61］，限制了NA 在植物中的含量。Zou 等［72］在高EA 油菜中表達(dá)酵母的LPAAT 基因SLC1-1，將TAG sn-2 位置上的芥酸酰比例提高到41%［73］。由此推斷，TAGsn-2 位結(jié)合NA 的能力和偏好也可以通過異源表達(dá)相關(guān)的基因來調(diào)節(jié)。Wang 等［69］將來自Malania"oleifera 的MoLPAAT 在Yarrowia lipolytica 中進(jìn)行表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其可替換內(nèi)源LPAAT 發(fā)揮功能，并表現(xiàn)出對包括NA 在內(nèi)的超長鏈單不飽和脂肪酸的偏好性，使得轉(zhuǎn)基因菌株NA 含量增加到17.10%。此外，Ma 等［75］通過元寶楓的加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄因子MYB 以及bZIP 在NA 合成過程中的調(diào)控作用。

篩選DGAT 基因增加TAGs 含量，同時(shí)應(yīng)用對NA 具有偏好性的內(nèi)源或外源LPAAT 提高TAGsn-1、sn-2 以及sn-3 位點(diǎn)結(jié)合NA 的能力，輔助轉(zhuǎn)錄因子對NA 合成的調(diào)控，進(jìn)一步設(shè)計(jì)NA 代謝路徑，能夠最大限度地增加NA 積累量。

②減少NA 降解。在植物中合成的脂肪酸主要通過過氧化物酶體的β-氧化途徑分解代謝。Goepfert等［85］在利用擬南芥探究脂肪酸降解β-氧化途徑時(shí)，發(fā)現(xiàn)β-氧化阻斷突變體表現(xiàn)為TAG 分解的減少和長鏈?；鵆oA 的積累。Xue 等［86］在利用Y. lipo?lytica 生產(chǎn)二十碳五烯酸（EPA）時(shí)發(fā)現(xiàn)，PEX10 基因突變會(huì)損傷過氧化物酶體的形態(tài)和完整性，原菌株β-氧化途徑缺陷，導(dǎo)致酶體對VLCFAs 的降解能力減弱，EPA 滴度較原菌株提高2 倍。Wang 等［65］將該菌株P(guān)EX10 敲除，截?cái)嘀舅幡?氧化降解途徑，最終NA 積累量達(dá)到親本菌株的29 倍。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)刪除β-氧化途徑可顯著增加總脂質(zhì)含量［87］。參考和拓展脂肪酸降解途徑刪除或截?cái)嗖呗裕梢宰畲蟪潭鹊販p少NA 的降解。

增加NA 積累，減少NA 氧化降解，提高NA 結(jié)合效率，逐級遞進(jìn)式增加植物轉(zhuǎn)基因品系中NA 的含量。

3）基因表達(dá)情況。

①特異性啟動(dòng)子應(yīng)用。特異性啟動(dòng)子表達(dá)目的基因，實(shí)現(xiàn)目的基因在目標(biāo)組織中的高活性而在其他組織中低活性，以減少潛在的負(fù)面影響。利用種子特異性啟動(dòng)子表達(dá)具有底物特異性的KCS 相關(guān)基因是生產(chǎn)NA 種子油的一個(gè)有效策略。種子特異性napin 啟動(dòng)子、種子特異性大豆glycinin-1 啟動(dòng)子以及大豆優(yōu)速啟動(dòng)子均被驗(yàn)證能驅(qū)動(dòng)KCS 基因在相應(yīng)受體內(nèi)表達(dá)，并增加NA 的含量［52，62，78］。

②基因拷貝數(shù)。除依托某特異性或強(qiáng)啟動(dòng)子提高基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平外，還需考慮基因在物種內(nèi)的拷貝數(shù)。Guo 等［62］發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)入LaKCS 的轉(zhuǎn)基因品系中，NA 含量與LaKCS 的拷貝數(shù)呈正相關(guān)，多拷貝株系中轉(zhuǎn)錄物強(qiáng)度更高。因此在選定基因基礎(chǔ)上增加拷貝數(shù)，或許可以最大化提高終產(chǎn)物含量。

③最優(yōu)基因組合。在選定目標(biāo)基因的基礎(chǔ)上，還需要考慮基因間的相互作用：相關(guān)基因結(jié)合構(gòu)成的代謝鏈?zhǔn)欠駮?huì)產(chǎn)生不必要的中間產(chǎn)物，該產(chǎn)物是否對終產(chǎn)物的合成有負(fù)面影響，在終產(chǎn)物提取及利用過程中是否需要花費(fèi)大量人力物力來去除，以及相關(guān)基因的表達(dá)是否影響作物自身正常生長發(fā)育。在先前的研究中，就有在擬南芥中表達(dá)LaKCS 基因，產(chǎn)生7.6%NA 的同時(shí)產(chǎn)生13.8% 的EA，而目前認(rèn)為較高的EA 含量可能對人體具有負(fù)面作用，例如可能引發(fā)心臟問題［79-80］ 。因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)該斟酌該基因的使用或結(jié)合新的KCS 基因?qū)A 進(jìn)一步利用轉(zhuǎn)化為NA。

因此，未來在轉(zhuǎn)基因改造過程中，要盡可能規(guī)避以上風(fēng)險(xiǎn)問題，并最大化利用特異啟動(dòng)子及基因自身特性，尋找最適配基因組合，增加基因拷貝數(shù)，構(gòu)成NA 代謝鏈，縮減時(shí)間及資金成本。

4）受體選擇。NA 最終的得率除由NA 比例和種子的含油量決定外，還由底盤品種的產(chǎn)量和抗逆性等綜合指標(biāo)共同決定。目前的研究主要關(guān)注提高NA 比例，甚少考慮受體自身性狀對NA 獲得的影響。

①受體農(nóng)藝特性。NA 的最終產(chǎn)量由作物產(chǎn)量、含油量以及NA 比例共同決定。我國主要的油料作物有大豆、油菜、花生、葵花籽等，NA 在這些主要栽培油料作物中含量極低或無。其中油菜是我國第一大油料作物，屬于十字花科蕓苔屬，年播種面積700hm2 以上，年產(chǎn)油達(dá)520 萬t，占國產(chǎn)植物油總量的47%，且年產(chǎn)量與消費(fèi)量逐年增長［88］。油菜品種的多樣性、較高的含油量、較短生長周期以及高產(chǎn)抗逆的農(nóng)藝性狀，再加上成熟的遺傳轉(zhuǎn)化體系可為植物代謝工程生產(chǎn)NA 提供最基礎(chǔ)、穩(wěn)妥的保障［35］。

②受體底物含量。富含 NA 的油通常混有大量EA，考慮到 EA 對健康的影響，市場急需高 NA 低EA 的油。EA 作為NA 的直接前體物質(zhì)，以高EA 油菜品種為受體，有望提高合成NA 的效率并降低EA含量，平衡營養(yǎng)和安全。但目前如何將盡可能多的EA 轉(zhuǎn)化成NA 缺乏豐富的分子機(jī)理研究以及實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持。有學(xué)者曾嘗試在高EA 甘藍(lán)型油菜表達(dá)Cg?KCS，但產(chǎn)量不容樂觀，僅為1 500 kg/hm2［78］。另有學(xué)者在產(chǎn)油酵母Y. lipolytica 中構(gòu)建NA 合成雙通路：在植物途徑的基礎(chǔ)上，增加C18∶0 作為非植物途徑的NA 前體［68］。今后的研究應(yīng)汲取已有經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮不同油菜品種的潛在價(jià)值，促進(jìn)不同脂肪酸底物轉(zhuǎn)化為NA，實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)、安全雙平衡。

5）生長環(huán)境與人工選擇的影響。生物體的性狀受到基因以及環(huán)境的共同作用。種植的時(shí)間、地理位置、水文條件等影響種子的出苗情況；生長過程中的施肥狀況、人為活動(dòng)、水源灌溉周期、病蟲害等影響作物的生長狀況［35］；收獲時(shí)期的收種方式、收種時(shí)間、收種后的儲(chǔ)存方法等影響種系的實(shí)際收獲率，最終綜合影響作物的產(chǎn)量、含油量以及脂肪酸的含量。

在保持適宜且一致的種植模式和收種方法的同時(shí)，輔之準(zhǔn)確的人工選擇，對含有優(yōu)良目標(biāo)性狀的種系進(jìn)行選擇歸類，逐步優(yōu)化作物的目標(biāo)性狀。在Guo等［62］的研究中，表達(dá)LaKCS 的轉(zhuǎn)基因埃塞俄比亞芥經(jīng)過2 代篩選后，最佳NA 含量達(dá)到30%，達(dá)T1代轉(zhuǎn)基因株系NA 含量的2 倍。逐代選擇含油量及NA 含量高且EA 含量低、產(chǎn)量和抗逆性與野生型沒有顯著差異的目標(biāo)植株，可使NA 最終產(chǎn)量最大化。

5 結(jié)語與展望

NA 及其衍生物在人體內(nèi)廣泛分布。作為神經(jīng)纖維髓鞘的核心成分，NA 具有修復(fù)受損大腦神經(jīng)纖維、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生的功能；作為膜結(jié)構(gòu)的重要成分，NA 能夠調(diào)節(jié)膽固醇分布，維持體內(nèi)膜平衡；作為儲(chǔ)存脂質(zhì)，NA 可優(yōu)先分解氧化，提供能量，支持人體生命活動(dòng)。缺乏NA 會(huì)導(dǎo)致多種疾病。NA 及其衍生物的酯化形式可作為藥物成分和膳食補(bǔ)充劑的原料，以生物遞質(zhì)、前藥、奶粉、食用油、飲料、口服乳劑和膠囊等形式應(yīng)用于日常生活和醫(yī)療保健。

我國NA 目前主要有2 種來源。一種是通過蒜頭果、元寶楓等植物直接提取，但可利用植物生長周期長、繁殖速度慢、采集收種困難。另一種是通過基因工程改造現(xiàn)有物種合成NA，但以微生物為底盤生產(chǎn)NA，難以避免大量養(yǎng)殖微藻所帶來的環(huán)境污染，且提純設(shè)備和工藝復(fù)雜，需要持續(xù)的資金支持；而以植物為底盤生產(chǎn)NA，目前已表現(xiàn)出較為理想的NA產(chǎn)量，且在生產(chǎn)體系成熟后，種植面積為唯一限制因素。相較而言，植物基因工程生產(chǎn)NA 具有更高的應(yīng)用潛力。

在先前的研究中主要聚焦脂肪酸延長步驟中限速酶基因KCS 的表達(dá)調(diào)控，忽略了NA 在內(nèi)的油脂合成是一個(gè)多基因協(xié)同作用的復(fù)雜的代謝過程，NA 的最終得率由作物本身產(chǎn)量、含油量和NA 比例等多因素共同決定。本文對已有研究進(jìn)展進(jìn)行分析比較，將植物基因工程生產(chǎn)NA 的改造重點(diǎn)放在十字花科油料作物油菜上，希望借助其成熟的研究體系，以及高產(chǎn)抗逆，高含油量、易遺傳轉(zhuǎn)化等優(yōu)質(zhì)農(nóng)藝性狀，在保障產(chǎn)量的基礎(chǔ)上再根據(jù)VLCFA 合成規(guī)律，采取多基因策略，組合包括調(diào)動(dòng)EA 在內(nèi)的各底物轉(zhuǎn)化為NA 的KCS 基因，負(fù)責(zé)提高含油量和將NA 組裝到TAG 各個(gè)位置上的相關(guān)基因；同時(shí)借助種子特異性啟動(dòng)子，將易應(yīng)用的種子油作為最終的NA 載體。以期為將來通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子育種調(diào)控NA 的生產(chǎn)，獲得可再生的NA 資源提供一定的思路和策略，讓NA 更好地惠及大眾、造福人類。

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（責(zé)任編輯：張志鈺）