南京林业大学院士团队在《Plant Cell》上发表研究论文,为提高林木的抗旱性提供了新的代谢工程思路

近日，南京林业大学曹福亮院士团队叶亚进教授课题组在Plant Cell上发表了题为“The breakdown of Lipid droplets by SDP1 Triacylglycerol Lipase contributes to cuticle assembly in Poplar”的研究论文。该研究通过以杨树为研究对象，率先揭示了植物脂滴（Lipid Droplets, LDs）除了作为能量储备外，还在抵御干旱过程中直接参与植物表皮角质层（Cuticle）的构建，为提高林木的抗旱性提供了新的代谢工程思路。南京林业大学为该研究唯一完成单位，叶亚进教授为论文通讯作者，周莉娟副教授、硕士研究生徐莹莹、曹芮、李金成为论文共同第一作者。研究工作得到了农业生物育种国家科技重大专项及国家自然科学基金的资助。

长期以来，脂滴通常被认为是植物细胞中存储能量的“油库”，通过SDP1脂肪酶分解产生的游离脂肪酸，一般会进入过氧化物酶体（通过PXA1转运蛋白）进行β-氧化，为种子萌发或生长提供动力。然而，该研究通过在基因编辑创制了杨树sdp1及pxa1的敲除突变体，通过脂质代谢分析发现，源自脂肪滴的脂肪酸在木本植物中除了发挥能力供应的功能外，还有另一个重要去向：参与构建植物表皮层的角质（Cutin）和蜡质（Wax）。

当敲除杨树中的SDP1基因后，脂肪滴无法被有效分解，导致叶片表皮变薄、角质含量下降，植物对干旱极度敏感。有趣的是，如果阻断PXA1（即将脂肪酸进入“燃烧中心”的通路切断），脂肪酸就会被迫“分流”去合成表皮，从而使表皮变厚，显著增强杨树的抗旱能力。研究进一步锁定了一个关键的转录因子—ABI5。它像是一个精准的“调度员”，在干旱胁迫下被激活：激活SDP1：增加脂肪滴的分解，释放更多脂肪酸“原料”；抑制PXA1：减少脂肪酸进入β-氧化路径被消耗掉。通过这种“双重调节”，ABI5成功将有限的脂肪酸资源优先拨给了“防御工事”——表皮层的加固。

该研究打破了以往认为脂滴主要用于能量供应的传统认知，提出了脂肪滴稳态与结构脂质组装之间的新关联模型。这不仅深化了我们对木本植物代谢流向分配机制的理解，也为未来通过分子育种技术培育高抗旱、高适应性的造林树种提供了关键的靶点基因。

文章链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article-abstract/doi/10.1093/plcell/koag083/8527077?redirectedFrom=fulltext&login=false