Acyltransferases from basic science to modified seed oils

Abstract

Different discrete acyltransferases are involved in glycerolipid biosynthesis, which occurs in plastids, mitochondria and endomembranes, mainly in the endoplasmic reticulum of plant cells. In each compartment a glycerol-3-phosphate and 1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferase catalyze the stepwise acylation of glycerol-3-phosphate to 1,2-diacylglycerol-3-phosphate, the key intermediate in the biosynthesis of the various glycerolipids. These acyltransferases play an important role in establishing the typical fatty acid patterns of the major polar membrane lipids. This also holds true for the microsomal acyltransferases involved in triacylglycerol synthesis where a 1,2-diacylglycerol acyltransferase catalyzes the third acylation reaction. Consequently, the activities of plant acyltransferases are indispensable for the formation of both membrane and storage lipids, and their properties can be decisive determinants of certain plant traits. Recently, the importance of acyltransferases, especially of 1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferases, in determining oil quality and usability for specific markets has been confirmed by genetic engineering. Chimeric 1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferase genes have been successfully utilized to achieve the synthesis of rapeseed oil with homogeneous fatty acid distributions, such as trierucin and trilaurin, desired for industrial applications. Moreover, evidence has been provided that expression of acyltransferase genes in transgenic rapeseed plants can improve not only oil quality but also oil yield. Acyltransferasen: von der Grundlage zum neuartigen Samenöl Unterschiedliche Acyltransferasen sind an der Glycerolipid-Biosynthese beteiligt, die in Plastiden, Mitochondrien und Endomembranen, vor allem dem Endoplasmatischen Retikulum, stattfindet. In jedem Zellkompartiment katalysiert eine Glycerin-3-phosphat- und 1-Acylglycerin-3-phosphat-Acyltransferase die schrittweise Acylierung von Glycerin-3-phosphat zu 1,2-Diacylglycerin-3-phosphat, dem zentralen Zwischenprodukt in der Biosynthese der verschiedenen Glycerolipide. Diese Acyltransferasen sind für die Ausbildung der typischen Fettsäuremuster der dominierenden polaren Membranlipide von entscheidender Bedeutung. Dies gilt ebenso für die an der Triacylglycerinbiosynthese beteiligten mikrosomalen Acyltransferasen, wobei die dritte Acylierungsreaktion von einer 1,2-Diacylglycerin-Acyltransferase katalysiert wird. Folglich sind die Aktivitäten der pflanzlichen Acyltransferasen unverzichtbar für die Bildung der Membran- und Speicherlipide, und ihre Eigenschaften sind für die Ausprägung bestimmter pflanzlicher Merkmale entscheidend. Mit Hilfe gentechnischer Methoden konnte kürzlich die Bedeutung von Acyltransferasen, insbesondere der 1-Acylglycerin-3-phosphat-Acyltransferasen, für die Qualität des Öls und damit seine Nutzbarkeit für spezifische Märkte bestätigt werden. Chimäre 1-Acylglycerin-3-phosphat-Acyltransferasegene wurden bereits erfolgreich zur Synthese von Rapsöl mit homogenem Fettsäuremuster, wie z.B. Trierucin oder Trilaurin, eingesetzt. Solche Öle sind erwünschte oleochemische Rohstoffe. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, daß die Expression von Acyltransferasegenen in transgenem Raps nicht nur die Ölqualität, sondern auch den Ölgehalt verbessern kann.