讓阿拉伯芥生產蓖麻油

 

圖片來源：維基百科

聽到蓖麻，可能很多人會想到蓖麻毒素（ricin）；不過蓖麻種子所產的蓖麻油，卻因為含有羥基脂肪酸（HFA，hydroxylated fatty acid），在工業上、醫療上的應用都非常重要。但是，因為蓖麻種子含有蓖麻毒素，而蓖麻毒素是一種沒有解藥的毒素，所以在許多國家都是禁止種植的植物。也因為這樣，蓖麻油非常昂貴。

不能種蓖麻，有沒有其他的辦法呢？科學家們注意到一種原生於美國與墨西哥的十字花科植物Physaria fendleri，也會生產羥基脂肪酸。

於是研究團隊開始研究這個植物。他們分析了Physaria fendleri的種子發育過程中的轉錄體資料，找到可能與三酸甘油酯（TAG）重塑的候選酵素，包括了幾個二酸甘油轉移酶（DGAT）以及特定的TAG脂肪酶（TAGL，TAG lipase）。

他們發現，Physaria fendleri有三個DGAT，其中DGAT2是合成羥基脂肪酸的關鍵酵素，而DGAT1則表現量最高，對初步合成TAG很重要。

研究團隊發現，TAGL1與DGAT1同時出現在內質網中，這意味著他們可以合作，一起生成脂肪。當他們使用同位素追蹤也進一步證明這些酵素之間的確存在著合作的機制，一起製造或修飾羥基脂肪酸。

當研究團隊把TAGL1與DGAT1一起轉入阿拉伯芥之後，總油和HFA以及多不飽和脂肪酸（PUFA）的含量都增加了。

所以，透過轉入Physaria fendleri的酵素，的確可以改變植物合成的油脂組成。不過，使用阿拉伯芥雖然方便，但是要大規模生產，可能需要將相關基因轉入其他的產油作物（如白花芥？）才行。

如蓖麻油這類含有羥基脂肪酸的油脂，因為羥基脂肪酸的關係，具備有出色的潤滑性，因此成為高性能潤滑記得理想選擇。這類的脂肪酸被稱為「不尋常脂肪酸」（UFAs，unusual fatty acids），因為它們在大多數常見植物油中含量極低或甚至完全不含。除了羥基脂肪酸外，還有環氧脂肪酸、多不飽和脂肪酸、長鏈脂肪酸等，只有在少數的植物中含量較高。若能理解它們的合成路徑，應該可以透過基因轉殖或編輯，讓更多植物可以生產這些油脂。

參考文獻：

Parchuri, P., Bhandari, S., Azeez, A. et al. Identification of triacylglycerol remodeling mechanism to synthesize unusual fatty acid containing oils. Nat Commun 15, 3547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47995-x