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为解决油棕因遗传和环境因素导致的生产力问题，海南大学等研究人员开展了油棕 tRNA 修饰及其在果实成熟过程中动态变化的研究。他们鉴定出 48 种 tRNA 修饰及 164 个相关基因，发现多数修饰在果实发育中减少，且 tRNA 修饰与脂质积累相关，为提高油棕产量提供新思路。
在广袤的热带种植园里，油棕这种神奇的作物正默默为全球贡献着大量的油脂。油棕（Elaeis guineensis）堪称世界上最高产的油料作物，从它的果实中能获取两种重要的油 —— 棕榈仁油和棕榈油，其中棕榈油占据了油棕总产油量的 90% ，在烹饪、清洁、生物燃料等众多领域都有着不可或缺的地位。
然而，油棕产业的发展并非一帆风顺。有限的耕地、劳动力短缺、疾病肆虐以及环境压力，都如同沉重的枷锁，限制着油棕的产量。尽管其理论产量能达到每公顷每年 18.2 吨，可实际产量却仅有 3.8 吨 ，这巨大的差距让科研人员们忧心忡忡。为了提高油棕产量，人们尝试了各种方法，像寻找优良种质、采用多种育种技术、运用组织培养和 DNA 标记辅助选择等，但由于对油棕生物学的了解不够深入，这些努力的成效并不显著。
在这样的背景下，海南大学等机构的研究人员敏锐地将目光聚焦到了油棕的转移 RNA（tRNA）修饰上。tRNA 修饰在非模式作物中鲜少被研究，可它却蕴含着巨大的潜力。近年来的研究发现，tRNA 修饰并非一成不变，它能动态地影响生物体的发育和对外界刺激的反应。于是，研究人员决心深入探索油棕 tRNA 修饰的奥秘，为提高油棕产量开辟新的道路。
研究人员收集了种植于海南大学实验田的非洲油棕（Elaeis guineensis, Tenera lineage）不同发育阶段的新鲜果实，精心分为 5 个阶段，即授粉后 30 - 60 天（DAP）、60 - 100 DAP、100 - 120 DAP、120 - 140 DAP 和 140 - 160 DAP 。他们运用了一系列先进的技术手段来开展研究。
首先是 RNA 质谱（RNA-MS）技术，这可是研究 tRNA 修饰的关键武器。研究人员通过对油棕果肉中提取的 tRNA 进行酶解、去磷酸化处理，分离出核苷，再利用高分辨率质谱（HRMS）和三重四极杆质谱（TQMS）进行分析。HRMS 能够凭借精确的质量测定识别核苷，遇到难以区分的异构体，就用共洗脱的商业标准品来确认。要是 HRMS 灵敏度不够，TQMS 就派上用场，它能通过监测前体离子和产物离子，检测出那些 HRMS 难以发现的核苷。此外，研究人员还利用寡核苷酸分析来确定修饰位点，对于难以区分的假尿苷（Ψ），则采用 N1- 氰基乙基化标记的方法进行定位。
接着是脂质组学分析，研究人员采用甲基叔丁基醚（MTBE）协议从油棕果实中提取脂质，然后通过超高效液相色谱（UPLC）结合高分辨率质谱，对脂质进行定量分析，探究脂质在果实发育过程中的变化规律。
生物信息分析也必不可少。研究人员从 Modomics 数据库获取 tRNA 修饰酶的蛋白质序列，与油棕基因组进行比对，寻找同源基因，确定 tRNA 修饰酶基因在染色体上的位置，并预测其亚细胞定位。
通过这些技术，研究人员取得了一系列重要成果。
在 tRNA 修饰的鉴定方面，他们首次在油棕中鉴定出 48 种不同的 tRNA 修饰，分布在 88 个位点，还找到了 164 个与 tRNA 修饰酶相关的基因。这一发现为深入了解油棕 tRNA 修饰的多样性和复杂性奠定了基础。
对 tRNA 修饰动态变化的研究发现，在油棕果实发育过程中，多数 tRNA 修饰在 1 - 3 阶段保持一定水平，4 阶段下降，5 阶段又有所上升。这表明在果实发育前期，蛋白质翻译的质量控制较为严格，而到了果实成熟、能量更多地转化为脂肪的 4 阶段，蛋白质翻译的重要性降低，tRNA 修饰水平也随之下降。不过，在果实成熟后期的 5 阶段，蛋白质翻译又有一定程度的重新激活。但值得注意的是，与前期相比，后期 tRNA 修饰水平仍明显降低。其中，肌苷（I）和 2’-O - 甲基腺苷（Am）是两个特殊的存在。I 在果实发育各阶段表达稳定，它能扩大 tRNA 的解码能力，对维持蛋白质翻译的基础水平起着关键作用。而 Am 在果实发育后期显著增加，在 5 阶段达到 1 阶段的约 15 倍。虽然 Am 在 tRNA 中的具体功能还不完全清楚，但它在油棕果实发育中的这种独特变化趋势，暗示着它可能有着重要的作用。
在脂质组学研究中，研究人员鉴定出 20 类共 674 种脂质，发现甘油三酯（TGs）是含量最丰富的脂质。在果实发育的 3 阶段，总脂质含量急剧上升，脂肪酸大量转化为 TGs，这表明 3 阶段是果实成熟和油脂积累的关键时期。而且，从 3 - 5 阶段，油棕果实主要积累碳链长度为 14 - 18 的脂肪酸、32 - 36 的甘油二酯（DGs）和 48 - 54 的甘油三酯（TGs），且这些脂质的饱和度较高。
进一步的相关性分析揭示了 tRNA 修饰与脂质之间的紧密联系。大多数 tRNA 修饰与总脂质绝对含量呈负相关，但 Am 却与大多数脂质的含量呈正相关。不同脂质与 tRNA 修饰的相关性也各不相同，例如脂肪酸（FA）、溶血磷脂酰甘油（LPG）、磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰丝氨酸（PS）等与 tRNA 修饰呈强负相关，而胆固醇酯（ChE）、单己糖神经酰胺（Hex1Cer）和溶血磷脂酰肌醇（LPI）则与大多数 tRNA 修饰呈正相关。在脂质饱和度和碳链长度方面，脂肪酸中双键数为 0 或 6 的与大多数 tRNA 修饰呈正相关，而 Am 与双键数为 1 - 3 的脂肪酸呈正相关。Am 还与特定碳链长度的脂肪酸、甘油二酯和长碳链的甘油三酯呈正相关。
综上所述，这项研究首次全面地绘制了油棕 tRNA 修饰图谱，深入探究了其在果实发育过程中的动态变化，以及与脂质积累的相关性。研究结果表明，tRNA 修饰在油棕果实发育中起着重要的调控作用，尤其是 Am 的独特变化和与脂质的特殊关联，为进一步研究油棕果实发育和油脂积累的分子机制提供了新的方向。这不仅有助于我们更深入地了解油棕的基本生物学特性，还可能为提高油棕产量和品质的育种策略提供理论依据，对推动油棕产业的可持续发展具有重要意义。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为植物生物学领域的研究增添了重要的一笔。
