蓖麻（Ricinus communis L.）是大戟科重要非食用油料作物，种子含油率约50%，其油脂以羟基化脂肪酸（蓖麻油酸）为主，广泛用于润滑剂、涂料、化妆品和生物柴油等工业领域。提升种子大小、百粒重和含油量是蓖麻育种的核心目标，但多倍体诱导下产量性状形成的细胞与分子基础，以及胚乳型种子中三酰甘油（TAG）（特别是蓖麻油酸）的调控网络尚不清楚。近期，中国科学院昆明植物研究所徐伟研究团队依托中国西南野生生物种质资源库，联合西南林业大学等单位，围绕四倍体蓖麻种子产量性状以及油脂累积的转录调控机制取得系列研究进展。

一、四倍体蓖麻种子增大与含油量提升的分子基础

研究人员以蓖麻品系ZB306为材料，通过秋水仙素诱导获得高世代稳定四倍体植株。四倍体株高、茎粗、叶面积均大于二倍体；成熟种子长、宽、厚分别增加约15.1%、14.0%、48.6%，百粒重由二倍体35.38 g增至36.54 g。种子油脂测定表明，四倍体种子油脂含量由51.24%提高到55.63%。比较转录组分析鉴别到与种子大小形成相关的已知调控因子。特别是，研究发现油脂合成核心转录因子RcWRI1在四倍体中显著上调。对RcWRI1进行了DAP-seq实验与分析，发现其能够直接调控SAD、GPAT1、LPAAT1、LPCAT1、PDAT1等油脂合成关键节点基因。由此明确，WRI1可能是四倍体蓖麻种子油脂增加的主要调控因子。文章以Molecular basis of increased seed size and oil content in tetraploid castor bean为题，发表于 Industrial Crops & Products期刊。中国科学院昆明植物研究所韩冰副研究员和舒伟硕士研究生（已毕业）为论文第一作者，昆明植物研究所徐伟研究员和西南林业大学刘爱忠教授为论文共同通讯作者，张严予硕士研究生（已毕业）和云南大学崔清华教授为论文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金（32301912，32372135）以及云南省“青年拔尖人才”专项（YNWR-QNBJ-2020–286）的支持。 

图1 （A）二倍体与高油四倍体蓖麻种子的表型；（B）种子的长、宽、厚以及百粒重比较；（C，D）种子蛋白含量、油脂含量以及脂肪酸成分比较分析。

二、AFL转录因子协同调控TAG与蓖麻油酸的合成

长期以来，种子油脂合成的调控机制研究主要集中在子叶型种子中（如大豆、油菜、花生等），而对于胚乳如何累积油脂的分子机制知之甚少。蓖麻作为典型的胚乳油型料作物，其胚乳累积大量油脂和蓖麻油酸。研究以植物油脂合成核心调控网络AFL转录因子（包括转录因子ABI3、FUS3和LEC2）为研究对象。通过对蓖麻胚乳进行DAP-seq分析，分别获得RcABI3、RcFUS3、RcLEC2的全基因组结合图谱。EMSA显示三者结合的顺式元件不同：RcFUS3主要结合RY元件（5′-CATGCA-3′），RcLEC2结合RY-like元件（5′-CATGNNCATGCA-3′），RcABI3则识别一类新型motif基序（5′-AGCAATGA-3′）。

研究者发现RcFUS3能够直接结合和激活RcWRI1的启动子。酵母单杂、烟草双荧光素酶以及蓖麻原生质体报告实验系统验证，RcFUS3可直接激活RcWRI1的表达；ChIP-qPCR进一步证实RcFUS3在体内直接结合RcWRI1启动子的RY元件。此外，RcFUS3还直接激活蓖麻油酸合成关键酶FAH12以及Oleosin2、PDAT2等关键油脂基因。蓖麻子叶原生质体瞬时过表达RcFUS3也显著提高了TAG含量。研究为蓖麻胚乳油脂累积以及蓖麻油酸的调控机制奠定了重要基础。该工作以AFL transcription factors play crucial roles for ricinoleic acid and storage lipid biosynthesis in castor bean seeds为题，发表于 Industrial Crops & Products 期刊。中国科学院昆明植物研究所吴迪博士后（已出站）和陈沛沛硕士研究生为论文第一作者，昆明植物研究所韩冰副研究员、徐伟研究员和西南林业大学刘爱忠教授为论文共同通讯作者，傅晓意博士研究生和任梦婷硕士研究生为论文共同作者。该研究得到了国家自然科学基金（32301912，32370237，32372135）、云南省基础研究计划项目（202501CF070098）以及云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目（XDYC-QNRC-2024–545）的支持。 

图2 蓖麻胚乳中TAG积累的调控模型

文章链接1

文章链接2