长链多不饱和脂肪酸的替代来源——转基因油料作物

长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)对人体健康和发育具有极为重要的作用.由于海洋鱼类资源过度捕捞和环境污染的加剧,长链多不饱和脂肪酸的来源日益枯竭.利用转基因油料作物生产LCPUFA,特别是DHA和EPA成为目前研究的热点.归纳了LCPUFA合成代谢途径相关基因的最新研究进展,描述了利用植物基因工程合成长链多不饱和脂肪酸(特别是EPA和DHA)取得的主要成果,讨论了影响转基因油料作物合成DHA和EPA的关键因素,最后对利用转基因油料作物合成DHA和EPA的研究前景进行了展望.     

四个脂肪酸合成酶基因在哺乳动物细胞中的超表达提高长链多不饱和脂肪酸生物合成效率

DHA(22:6n-3)、EPA(20:5n-3)和ARA(20:4n-6)三种长链多不饱和脂肪酸在生物体内活性最强,它们在促进大脑发育和功能维持以及在预防和治疗心血管疾病、炎症、癌症等多种疾病方面有着重要作用。然而,尽管哺乳动物体内有完整的长链多不饱和脂肪酸合成酶系,但哺乳动物合成这些长链多不饱和脂肪酸的效率很低而主要依赖于食物获取。本研究应用转基因方法,将哺乳动物来源的Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶这4种酶的编码基因构建成为一个多基因表达载体,然后转染哺乳动物细胞HEK293T,实现了4个目的基因的超表达,再通过气质联用(GC-MS)分析证实了DHA、EPA和ARA等长链多不饱和脂肪酸的合成效率及水平显著增加,DHA的水平更是提高了2.5倍。由此可见,哺乳动物具有某种抑制长链多不饱和脂肪酸高水平合成的机制,但通过Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶的超表达,能够打破哺乳动物这种抑制机制,从而显著提高DHA、EPA、ARA等的合成水平。同时,本研究的思路也为在转基因动物中生产长链多不饱和脂肪酸提供了重要的启示。     

二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸的生物合成途径研究进展

以二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)为代表的长链多不饱和脂肪酸,对人体心血管系统、神经系统、抗炎免疫系统等有着理想的功效,因而倍受研究者关注。我们从结构、生物来源和合成、生理功能及生物工程途径的研究现状等方面阐述了EPA和DHA的相关信息,并对其生成途径中涉及的酶进行了简要概述。     

水生动物脂肪酸延长酶基因研究进展

多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)对人类具有重要的生理作用,但由于人类缺乏从头合成这些脂肪酸的能力,而必须从食物中获得,鱼类等水生动物中二十碳五烯酸(20:5n-3,EPA)和二十二碳六烯酸(22:6n-3,DHA)等多不饱和脂肪酸含量丰富,从而使得鱼类等水生动物成为人们获得PUFAs的主要途径。鱼类等水生动物体内PUFAs的合成是在一系列去饱和酶和延长酶的作用下实现的,其中长链脂肪酸延长酶是合成PUFAs必不可少的一类关键酶。本研究总结了水生动物长链多不饱和脂肪酸合成的过程,综述了水生动物中脂肪酸延长酶基因的研究进展和未来的发展方向。     

微生物发酵产二十二碳六烯酸代谢机理的研究进展

二十二碳六烯酸(简称DHA)是一种重要的长链多不饱和脂肪酸,对人体具有重要的生理功能。微生物发酵生产的DHA与鱼油来源的DHA相比,具有诸多优点,其发展前景广阔。以下从发酵菌株、代谢途径、关键酶以及油脂积累机制等方面进行了综述,为通过代谢工程等技术手段进一步提高DHA产量提供了参考。     

转基因植物生产超长链多不饱和脂肪酸研究进展

超长链多不饱和脂肪酸(VLCPUFAs)对人类健康非常重要。日常摄入一定量的VLCPUFAs能够补充人体自身合成的不足, 并对某些疾病起到明显的预防和治疗作用。VLCPUFAs主要源自深海鱼油, 但由于市场需求的迅速增长和海洋可捕捞 鱼类资源的日益减少, 该途径已经远远不能满足市场的需要, 寻找更为持续且稳定的VLCPUFAs来源已经成为当务之急。最近, 人们已经克隆了VLCPUFAs生物合成相关的去饱和酶和延伸酶基因, 并希望在植物特别是油料作物中共表达这些基因, 使其成为生产VLCPUFAs的“绿色细胞工厂”。目前已有多个研究小组在进行转基因植物合成VLCPUFAs的探索, 并取得了突破性的研究成果。本文综述了相关的研究进展, 并对存在的问题和解决策略进行了探讨。     

脂肪酸对离体培养中华绒螯蟹肝胰腺PUFAs合成相关基因表达的影响

长期以来海水水生动物和淡水水生动物多不饱和脂肪酸合成能力一直是众多研究的重点。相比于淡水水生动物,海水水生动物更容易从食物中获得多不饱和脂肪酸,因此其合成多不饱和脂肪酸的能力低于淡水水生动物。中华绒螯蟹作为一种洄游型甲壳动物,其脂肪酸合成能力的研究显得更加重要。本研究通过中华绒螯蟹肝胰腺离体培养技术,利用不同的脂肪酸培养中华绒螯蟹肝胰腺组织,旨在探讨不同脂肪酸对中华绒螯蟹肝胰腺多不饱和脂肪酸合成相关基因表达的影响,为研究饲料中添加不同脂肪酸对中华绒螯蟹多不饱和脂肪酸合成的影响提供了一定的理论参考依据。本研究表明:油酸会显著增加中华绒螯蟹肝胰腺ELOVL6、fad6、和fad9基因的表达量;不同脂肪酸对fad6和fad9基因表达量的影响相似,且相比于EPA和DHA,亚麻酸和油酸会显著增加fad6和fad9基因的表达。通过本研究,我们得出EPA和DHA等多不饱和脂肪酸会抑制多不饱和脂肪酸合成的过程。进一步证实了海水水生动物多不饱和脂肪酸合成能力和海水中高含量的多不饱和脂肪酸之间的关系。     

转基因植物生产超长链多不饱和脂肪酸研究进展

超长链多不饱和脂肪酸（VLCPUFAs）对人类健康非常重要。日常摄入一定量的VLCPUFAs能够补充人体自身合成的不足,并对某些疾病起到明显的预防和治疗作用。VLCPUFAs主要源自深海鱼油,但由于市场需求的迅速增长和海洋可捕捞鱼类资源的日益减少,该途径已经远远不能满足市场的需要,寻找更为持续且稳定的VLCPUFAs来源已经成为当务之急。最近,人们已经克隆了VLCPUFAs生物合成相关的去饱和酶和延伸酶基因,并希望在植物特别是油料作物中共表达这些基因,使其成为生产VLCPUFAs的＂绿色细胞工厂＂。目前已有多个研究小组在进行转基因植物合成VLCPUFAs的探索,并取得了突破性的研究成果。本文综述了相关的研究进展,并对存在的问题和解决策略进行了探讨。     

大豆ω-3和ω-6脂肪酸脱氢酶基因密码子优化

DHA和EPA对心脑血管疾病以及癌症等疾病的防治有着重要的作用,其中ω-3和ω-6脂肪酸脱氢酶是合成多不饱和脂肪酸DHA和EPA过程中的两个关键的去不饱和酶,由于缺乏这两种酶的基因,高等动物无法自发合成多不饱和脂肪酸,为了得到可以生产多不饱和脂肪酸的转基因动物,本研究计划将大豆的这两个去饱和脂肪酸作为目的基因,但由于不同物种之间的密码子使用具有偏爱性,会严重影响到目的基因在宿主体内的表达水平,为了解决这一问题,提高目的基因在宿主体内的表达水平,同时采用Jcat在线软件和手动替换密码子两种方法对大豆的ω-3和ω-6脂肪酸脱氢酶基因进行了优化,然后选出最优的优化方法,为后期进一步的实验提供目的基因。最后本文预测了两种优化结果的RNA二级结构和CAI、CBI、Nc值和GC含量,比较得出手动替换的结果优于在线优化的结果。     

DHA合成途径中关键酶基因在毕赤酵母中的表达研究

DHA（二十二碳六烯酸）是人体所需的一种非常重要的多不饱和脂肪酸,主要存在于深海鱼类和海洋微藻类生物中。由于高等植物自身不能合成DHA,因此通过基因工程方法在作物(如玉米)中表达DHA,将会成为最健康的DHA来源,同时也能够减轻人类对海洋资源的破坏。从深海藻类中挑选了5个DHA合成途径中的关键酶基因,分别是Δ4脱饱和酶基因（D4）、Δ5脱饱和酶基因（D5）、Δ6脱饱和酶基因（D6）、C18延长酶基因（E18）和C20延长酶基因（E20）。密码子优化并合成这5个基因,为确定优化后的核苷酸序列是否能在真核生物中正确表达,以pPIC9K为基础载体连入目的基因转化到毕赤酵母GS115 (His4+MUts)中进行表达分析。结果表明,这些基因在甲醇诱导96 h后蛋白表达量最大,Western Blot结果表明表达产物为目的蛋白。该结果为进一步培育能够自身合成DHA的作物奠定了基础。     

哺乳动物细胞多不饱和脂肪酸合成酶系的重建将亚油酸代谢转变为二十二碳六烯酸

二十二碳六烯酸(DHA,22:6n-3)是一种长度为22个碳原子且含有6个双键的ω-3系多不饱和脂肪酸,在人体中具有重要生物学功能。人体及其他哺乳动物体内只能合成少量的DHA,更多的需求必须从食物中获取。然而,DHA的天然资源(主要是深海鱼类等海洋产品)日趋枯竭,开发新型资源以满足不断扩大的市场需求势在必行。本研究利用转基因技术,在哺乳动物细胞中使Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶超表达,同时表达来源于秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans的Δ15去饱和酶和小眼虫Euglena gracilis的Δ4去饱和酶,结果表明,这6种酶的表达或超表达能将ω-6系的亚油酸(LA,18:2n-6)有效地转化为DHA(22:6n-3),后者的含量从对照组的16.74%提高到实验组的25.3%。本研究的策略及技术路线为将来利用遗传改造的哺乳动物生产珍稀的DHA(22:6n-3)等长链多不饱和脂肪酸产品提供了重要的启示。     

ω-3多不饱和脂肪酸抗肿瘤新途径——抑制具核梭杆菌黏附宿主细胞

【背景】大量文献报道ω-3多不饱和脂肪酸尤其是二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic Acid,DHA)与二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid,EPA)具有抗肿瘤作用,但是其抗肿瘤机制还不够完善。【目的】探究ω-3多不饱和脂肪酸、具核梭杆菌以及结直肠癌三者之间的关联。【方法】在检测二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、α-亚麻酸(α-Linolenic Acid,ALA)等ω-3多不饱和脂肪酸对人结直肠腺癌细胞Caco-2、正常结肠上皮细胞NCM460生长影响的基础上,检测DHA等3种多不饱和脂肪酸对具核梭杆菌黏附人体细胞以及Fap2、FadA、RadD等具核梭杆菌毒力关键基因表达的影响。【结果】30μg/mL的DHA、EPA、ALA对Caco-2生长抑制分别为9.09%、4.95%、7.52%,而对NCM460生长抑制达31.15%、25.48%、29.11%,而且相关抑制作用仅具有浓度依赖性而无时间依赖性。经30μg/mL的DHA、EPA、ALA预处理的具核梭杆菌黏附Caco-2细胞的能力分别下降81.04%(P=0)、93.63%(P=0)和68.63%(P=0);而共培养时加入DHA、EPA、ALA对具核梭杆菌黏附Caco-2细胞的能力没有显著影响。同时,30μg/mLDHA处理导致F.nucleatum的Fap2基因显著下降10.22%(P=0.027);30μg/mL EPA处理导致FadA、Fap2基因分别显著下降23.49%(P=0)、15.09%(P=0.003);30μg/mL ALA处理导致FadA基因显著下降26.75%(P=0.012)。【结论】综合上述实验结果以及DHA、EPA、ALA仅能短时间抑制具核梭杆菌生长等文献报道,我们认为,DHA、EPA等ω-3多不饱和脂肪酸并非简单地直接杀伤或抑制肿瘤细胞和F.nucleatum;抑制FadA、Fap2等黏附相关基因表达,降低F.nucleatum黏附宿主细胞能力是其抗肿瘤作用的关键组成部分。ω-3多不饱和脂肪酸等活性物质对F.nucleatum等在结直肠肿瘤发生、发展中发挥重要作用的肠道细菌的影响与机制应深入开展研究。     

智慧之油 民族之业

正有一种营养物质叫α-亚麻酸(α-linolenic?acid,ALA),属于ω-3系列多不饱和脂肪酸,是机体必需的生命活性因子EPA和DHA的合成前体,人体不能自身合成,主要从膳食中摄取,对人体健康起着至关重要的作用。它是构成人体脑细胞和组织细胞的重要成分,拥有"血液营养素""维生素F"和"植物脑黄金"的美誉,对于防治21世纪威胁人类生命的"四大杀手"——心脑血管病、癌症、糖尿病、痴呆症有着显著的作用。     

产多不饱和脂肪酸微生物的研究与展望

二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)等ω3长链多不饱和脂肪酸(PUFAs)具有多方面的生理功能和疾病防治作用。利用转基因油料植物和油质单细胞微生物生产富含ω3 PUFAs的植物油和单细胞油,已作为可替代鱼油生产的可持续的生产方式且科学家对其展开研究并取得很大进展。亚麻芥等经代谢工程改造的植油料物,在油籽中生产和积累的ω3 PUFAs已达到类似鱼油的水平;在油质微生物方面,采用裂殖壶菌等油质微藻生产的富含DHA的藻油已被广泛应用于婴儿配方奶粉、食品、化妆品和医药等产品;一些油质真菌如高山被孢霉也已被用于富PUFAs油的商业生产;从γ-变形菌门的希瓦氏菌属和拟杆菌门的屈挠杆菌属等种群中已分离出一批能产生ω3 PUFAs的细菌;此外,真核和原核微生物中ω3 PUFAs的生物合成途径及其催化酶已被相继阐明,并形成了耶氏酵母生物技术平台。本综述对产多不饱和脂肪酸微生物近年的研究进展进行了综述并对发展前景做了展望。     

EPA DHA对体内脂质代谢影响的研究进展

EPA和DHA是人体所需的重要的不饱和脂肪酸,发挥多种重要的生理作用,影响人类的生长发育与身体健康。近年来,人们的健康保健意识逐渐加强,更为关注EPA和DHA的保健营养价值。因此,EPA和DHA生物制品的提取开发成为了食物资源开发利用的热点问题。作为有较疗效好、安全性高的营养品,培养富含EPA、DHA的生物制品会有一个光明的前景。本文介绍了EPA和DHA的生物学特性、来源,并着重阐述其在机体脂质代谢中的作用。     

Elovl5转基因果蝇产生更长链的脂肪酸

大多数昆虫体内的多不饱和脂肪酸 (Polyunsaturated fatty acids,PUFAs) 主要是碳链长为18个碳原子的多不饱和脂肪酸 (C18-PUFAs),几乎不含价值更高、生物活性更强的C20、C22等长链的多不饱和脂肪酸。文中利用黑腹果蝇Drosophila melanogaster (Fruit fly) 作为生物模型,将来源于小鼠的Δ6-脂肪酸延长酶Elovl5基因优化后转移到果蝇中使其表达。结果表明通过显微注射法成功将含有Elovl5基因的载体导入果蝇胚胎中,在荧光显微镜下检测到在果蝇整个发育阶段均有增强型绿色荧光蛋白 (Enhanced green fluorescent protein,EGFP) 表达,同时Elovl5基因的表达显著地促使果蝇体内C18多不饱和脂肪酸向着更长链多不饱和脂肪酸的生物合成方向转化。使用转基因技术得到体内富含C20、C22等长链多不饱和脂肪酸的转基因果蝇模型,将为进一步开展果蝇多不饱和脂肪酸生物合成的机制提供研究基础。     

ISAAA信息

<正>转基因亚麻产生大量OMEGA-3脂肪酸洛桑研究所的研究人员成功地对亚麻(Camelina sativa)种子的新陈代谢途径进行了改造,并使得其十二碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的产量达到了12%和14%,这个组成比例     

“自我剪切”2A肽介导的Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶以及过氧化氢酶在转基因小鼠肌肉表达研究

哺乳动物因为缺乏Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶,不能自身合成必需的多不饱和脂肪酸．目前,通过转基因技术在哺乳动物体内表达ω-3脂肪酸脱氢酶,能将长链的n-6多不饱和脂肪酸转化成n-3多不饱和脂肪酸,造成体内长链的n-6多不饱和脂肪酸含量显著减低．本研究通过自我剪切2A肽介导Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶(FAT-2和FAT-1)以及人过氧化氢酶(human catalase,hCAT)在小鼠的肌肉同时表达．结果表明,转基因小鼠肌肉中长链n-3多不饱和脂肪酸含量提高2.6倍,长链n-6多不饱和脂肪酸含量没有显著变化,而n-6/n-3比例显著降低(P < 0.01)．同时蛋白质印迹检测到人过氧化氢酶hCAT在小鼠的肌肉组织中表达,且过氧化氢酶活性比野生型小鼠显著提高(P < 0.01)．     

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<正>转基因亚麻产生大量OMEGA-3脂肪酸洛桑研究所的研究人员成功地对亚麻(Camelina sativa)种子的新陈代谢途径进行了改造,并使得其十二碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的产量达到了12%和14%,这个组成比例     

饲料中不同脂肪源对黄鳝生长和组织中脂肪酸含量的影响

用6种不同脂肪源:鱼油(FO)、亚麻油(LO)、大豆油(SO)、二十碳四稀酸(ARA)+花生油(APO)、花生油(PO)和猪油(PL),配制了6组含脂量为8%的等氮(44%粗蛋白)、等能(19.4 MJ/kg)饲料,喂养黄鳝10周后,其结果显示:饲料中不同脂肪源对黄鳝的生长有影响。PO组的特定生长率(SGR)最低,显著低于SO、FO组(P<0.05);SO组的SGR显著高于除FO组之外的其他各组(P<0.05)。黄鳝组织中的18:3n-3和18:2n-6含量与饲料中的对应脂肪酸含量呈线性相关,缺乏ARA的试验组黄鳝各组织中ARA的含量与饲料中的18:2n-6含量存在弱的线性相关;但在各组织中ARA的含量均显著低于APO组(P<0.05)。缺乏二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)的LO、SO、PL、PO各组,卵巢中的EPA和DHA含量与饲料中的18:3n-3含量呈对数函数相关;但在各组织中EPA、DHA的含量均显著低于FO组(P<0.05)。结果表明n-3多不饱和脂肪酸(PUFA)是黄鳝生长重要的脂肪酸,黄鳝生长需要一个适宜的n-6/n-3比值;大豆油、亚麻油、猪油替代鱼油可基本满足黄鳝生长对脂肪酸的需要,其中以大豆油最佳。黄鳝可合成长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA),但合成LC-PUFA的量有限。