基因編輯技術(shù)助力擬南芥ORM基因研究（2020.6.14 Plant Biotechnology Journal）

2020年6月11日，美國布拉斯加-林肯大學(xué)植物科學(xué)創(chuàng)新中心和生物化學(xué)系Edgar B.Cahoon教授在the Plant Cell在線發(fā)表了題為“Unregulated Sphingolipid Biosynthesis in Gene-Edited ArabidopsisORM Mutants Results in Nonviable Seeds with Strongly Reduced Oil Content”的文章。作者通過基因編輯技術(shù)敲除擬南芥Orosomucoid-like protein（ORM）基因，從而使擬南芥鞘脂生物合成途徑受到抑制，神經(jīng)酰胺過度積累導(dǎo)致種子失活，含油量大幅度降低。

Orosomucoid-like proteins（ORMs）與絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶（SPT）相互作用，負(fù)調(diào)控鞘脂生物合成，這是一個可逆的過程，對平衡細(xì)胞生長和程序性細(xì)胞死亡所需的鞘脂水平至關(guān)重要。在真核生物中，SPT主要受到翻譯修飾調(diào)節(jié)，以促進(jìn)鞘脂生長和膜功能，同時限制LCBs和神經(jīng)酰胺的積累。ORMs現(xiàn)在被認(rèn)為是負(fù)調(diào)控SPT的非催化蛋白。在之前的植物研究中缺少ORMS突變體，因此對鞘脂生物合成在SPT水平上對種子活力的重要調(diào)節(jié)作用并不清楚。

本研究通過CRISPR/CaS9基因敲除技術(shù)敲除擬南芥中兩個ORM基因。通過對突變體雜交產(chǎn)生了orm1-/- orm2+/-，orm1+/- orm2-/-，orm1+/- orm2-/-等一系列突變體，其中orm1-/- orm2-/-突變體種子中積累了較高水平的神經(jīng)酰胺，種子不存活，表現(xiàn)出胚胎發(fā)育異常，與野生型種子相比，其含油量降低了80%。同時作者鑒定到了一個ORM 1突變體，在其第二個跨膜結(jié)構(gòu)域附近缺少一個氨基酸（Met51），從而保留了它的膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在ORM 2背景中表達(dá)這一等位基因，發(fā)現(xiàn)此類植株在苗期之前就會死亡，并且會積累大量的神經(jīng)酰胺，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，衰老和病理相關(guān)的基因表達(dá)增加。這些幼苗還表現(xiàn)出鞘脂分解酶基因的表達(dá)上調(diào)，可能存在維持鞘脂平衡的其他機(jī)制。利用雜家后代的一些列組合作者也利用基因編輯技術(shù)評估ORM1和ORM2的冗余度，表明ORM2比ORM1對分生組織功能的貢獻(xiàn)更大。