近日，《Plant Biotechnology Journal》杂志在线发表了由我校陈庆山教授团队撰写的论文“Design of High-Diacylglycerol and Lecithin Soybean Seed Oil UsingGmPDATsandGmDGATsKnockout via a CRISPR-Cas9 System”。该研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除大豆中GmDGAT1A/B/C与GmPDAT1B/D/2A/2B基因，实现种子脂质合成途径重定向，成功创制出富含二酰甘油（DAG）和卵磷脂的大豆新种质。该成果为功能性食用油开发、大豆营养品质改良提供了有效策略与种质基础。
三酰甘油（TAG）是大豆油脂的主要成分，其经消化代谢后易转化为储能脂肪，增加机体代谢负担。DAG是天然的TAG替代脂质，具有促进脂肪氧化、抑制体质量增加、降低内脏脂肪含量、改善血清胆固醇水平、调节血糖等多种生理功能。此外，大豆油脂中还含有卵磷脂等多种生物活性物质。在卵磷脂的组成成分中，磷脂酰胆碱（PC）占比最高，其次为磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰肌醇（PI）。卵磷脂兼具优良乳化特性与潜在健康益处，广泛应用于食品与医药领域。传统大豆油中DAG与卵磷脂含量较低，难以满足消费者对“营养+功能”的双重需求。
植物中TAG主要经Kennedy通路由DGAT（二酰甘油酰基转移酶）催化生成，亦可由PDAT（磷脂:二酰甘油酰基转移酶）以PC为酰基供体合成，这两种酶共同调控DAG—PC—TAG的碳流平衡。本研究采用CRISPR-Cas9技术在大豆中精准敲除GmDGATs家族与GmPDATs家族关键成员，阻断TAG合成的两条主要通路，协同提升“高二酰甘油（高DAG）”与“高卵磷脂”两项优质性状，创制可直接应用的大豆新种质，并提出高效的油脂品质改良基因编辑策略。
本研究通过同源比对获得8个GmPDAT家族基因和3个GmDGAT1家族基因，结合基因表达、蛋白定位及功能互补验证等，选取GmPDAT1B/1D/2A/2B与GmDGAT1A/B/C作为候选基因。进一步构建含3个sgRNA的基因编辑载体，通过农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化体系，共获得34株T0阳性植株，其中11株在靶位发生突变，突变类型均为插入/缺失（indel）导致的移码突变。从突变株系（T1）中筛选出8个具有不同基因组合的纯合突变体，用于后续成分与功能验证。
GmDGATs-GmPDATs双基因敲除突变体的表型综合分析
脂质组学分析显示，所有突变体种子中DAG与PC含量均显著升高：其中突变体c23-1的DAG与PC含量分别为野生型的10.0倍和7.56倍，突变体c23-3的DAG与PC含量分别为野生型的8.7倍和7.32倍。同时，突变体中磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰乙醇胺（PE）含量也显著增加。此外，突变体种子外观及植株生长发育状态与野生型无显著差异，保障了新种质的育种实用性。本研究成功创制“高DAG-高卵磷脂”大豆新种质，同时验证了面向油脂品质定向改良的高效多基因编辑策略。
机制层面，GmDGAT1A/B/C基因敲除阻断了Kennedy途径中依赖酰基-CoA的TAG合成关键反应步骤，导致TAG合成前体物质DAG大量积累；而GmPDAT1B/D/2A/B基因敲除则抑制了以PC为酰基供体的TAG替代合成途径，促使PC及其他磷脂类物质积累。值得注意的是，同时敲除上述DGAT与PDAT家族基因可产生显著协同效应，尤其DGAT1A、DGAT1B与PDAT1B的联合敲除株系，其DAG与PC含量达到最高水平。这种双通路阻断策略可有效将代谢流从TAG合成途径导向DAG与PC的积累过程。
我校陈庆山教授、杨明亮副教授、胡振帮高级实验师为本论文的通讯作者，赵莹副教授为本论文的第一作者，博士研究生张滨烁、田慧琳、刘洋、崔一凡、王思慧参与了研究工作。本研究得到了科技创新2030-农业生物育种重大项目（2023ZD0403101）、国家自然科学基金（32501888、U23A201783、32272093）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70383
（供稿/农学院）
