自然界中的一些微藻因產(chǎn)油量高、生長速度快、環(huán)境適應(yīng)性強，并可在邊際土地上用海水或廢水培養(yǎng)，因此被視作潛在的新型能源作物之一。但目前種質(zhì)選育的關(guān)鍵瓶頸之一是對于微藻產(chǎn)油調(diào)控機制的認識基本空白。近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心以微擬球藻為模式生物，揭示了產(chǎn)油微藻的首個全基因組水平的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)成果于6月26日在線發(fā)表于Scientific Reports。
微擬球藻(Nannochloropsis spp.)是一種在海洋中廣泛分布，且在世界各地均可以大規(guī)模培養(yǎng)的野生高產(chǎn)油藻。以項目組前期采集的六株微擬球藻基因組（Wang, et al, PLoS Genetics, 2014）和產(chǎn)油過程的時間序列轉(zhuǎn)錄組（Li, et al, Plant Cell, 2014）為實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，單細胞研究中心碩士研究生胡建強等通過運用和改進進化足跡分析（Phylogenetic Footprinting）等策略，系統(tǒng)地挖掘了海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）基因組編碼的所有轉(zhuǎn)錄因子及其基因組結(jié)合位點，并構(gòu)建了由34個轉(zhuǎn)錄因子、30個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點基序（motif）和950個目標(biāo)基因組成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖1A）。
基于產(chǎn)油過程中轉(zhuǎn)錄本的共表達分析，研究人員推斷出11個轉(zhuǎn)錄因子與產(chǎn)油相關(guān)，并提出了油脂合成途徑的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機制（圖1B）。相關(guān)信息還通過互動式在線數(shù)據(jù)庫等方式展現(xiàn)，以高效服務(wù)于國內(nèi)外微藻產(chǎn)油研究群體。此外，通過與包括微擬球藻在內(nèi)的36個植物基因組的比較分析，研究人員還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子家族的組成與物種種系發(fā)生具有緊密的關(guān)聯(lián)性，認為轉(zhuǎn)錄因子家族的進化可能是從單細胞植物到多細胞植物進化的重要動力之一。
該轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將為針對特定轉(zhuǎn)錄因子及其目標(biāo)基因的深入研究提供系統(tǒng)、豐富的線索，從而為“轉(zhuǎn)錄因子工程”等基于改造調(diào)控途徑的產(chǎn)油微藻種質(zhì)選育奠定基礎(chǔ)。同時，該研究對于研究植物轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進化和起源也具有重要意義。
該研究得到了合成生物學(xué)973項目等支持，由徐健研究員和寧康研究員共同主持完成。
（生物能源所供稿）
圖1：(A) 計算方法預(yù)測的微擬球藻全基因組轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，黃點代表轉(zhuǎn)錄因子，紅點代表靶基因。(B) 甘油三酯（TAG）合成途徑的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，彩色圓柱體代表轉(zhuǎn)錄因子，紅線代表正調(diào)控，藍線代表負調(diào)控
原文鏈接:
1. Jianqiang Hu, Dongmei Wang, Jing Li, Gongchao Jing, Kang Ning, Jian Xu (2014) “Genome-wide identification of transcription factors and transcription-factor binding sites in oleaginous microalgae Nannochloropsis” Scientific Reports, , 4 : 5454|DOI:10.1038/srep05454; http://www.nature.com/srep/2014/140626/srep05454/full/srep05454.html
2. http://www.singlecellcenter.org/en/NannoRegulationDatabase/home.htm
