在一定條件下，微藻可大量累積油脂，從而生產(chǎn)生物柴油。然而其光合作用固定產(chǎn)物不僅以油脂形式存在，還以水溶性多糖或淀粉等其它多種碳存儲(chǔ)物形式存在。各類碳存儲(chǔ)物合成所需前體都為葡萄糖和還原力等，因此，了解和調(diào)控碳前體到各種碳存儲(chǔ)物之間的分配，對于采用代謝工程手段提高工業(yè)微藻的油脂產(chǎn)量有著重要意義。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞研究中心徐健團(tuán)隊(duì)與中科院水生生物研究所微藻生物技術(shù)中心韓丹翔、胡強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，揭示了缺氮脅迫條件下微藻光合作用固定的碳源分配到油脂（甘油三酯，即TAG）的分子機(jī)制，為利用這一機(jī)制來提高微藻油脂產(chǎn)量提供了理論基礎(chǔ)和研究思路。相關(guān)成果于12月17日在線發(fā)表于Algal Research（Jia, et al, Algal Research, 2014）。
該團(tuán)隊(duì)在前期研究中，以工業(yè)產(chǎn)油微藻微擬球藻為研究模式，揭示了微藻高產(chǎn)油性狀的遺傳基礎(chǔ)和進(jìn)化規(guī)律（Wang DM, et al, PLoS Genetics, 2014, 10(1):e1004094）和分子水平的微藻產(chǎn)油過程動(dòng)態(tài)規(guī)律（Li J, et al, Plant Cell, 2014, 10.1105/tpc.113.121418）。但是，TAG和多糖等主要的能量存儲(chǔ)物之間在產(chǎn)油過程中的相互關(guān)系是怎樣的呢？
通過追蹤微擬球藻的脂類代謝物、單糖、多糖和這些代謝物相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄本在缺氮和含氮兩種模式下長達(dá)14天培養(yǎng)過程的動(dòng)態(tài)變化，青島能源所博士研究生加晶等人考察了碳水化合物和TAG之間的相互關(guān)系，構(gòu)建了產(chǎn)油過程中的碳分配模型（圖1）。在微擬球藻中，葡萄糖、半乳糖和甘露醇是主要的單糖，而海帶多糖可能是其主要的儲(chǔ)存性多糖，并與TAG競爭合成前體。同時(shí)，轉(zhuǎn)錄本水平的分析表明， -1,3-葡聚糖降解和丙酮酸脫氫酶代謝途徑是主要的調(diào)節(jié)碳流流向TAG合成的組分。另外，脂組的動(dòng)態(tài)變化結(jié)合甘油脂代謝基因的轉(zhuǎn)錄水平變化，表明膜脂可能轉(zhuǎn)化為TAG，尤其在缺氮條件下這種趨勢更強(qiáng)。因此， -1,3-葡聚糖代謝，乙酰輔酶A合成和膜脂降解這三個(gè)途徑都對TAG的合成有貢獻(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)對于工業(yè)產(chǎn)油微藻的基因工程選育具有重要指導(dǎo)意義。
上述研究獲得了基金委重大國際合作項(xiàng)目、科技部973和中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國際合作伙伴計(jì)劃等支持。 （生物能源所）
圖1. 微擬球藻在缺氮條件下經(jīng)光合作用固定的碳源分配到三酰基甘油、儲(chǔ)存性多糖與膜脂的機(jī)制模型。
原文鏈接:
Jia, J., Han, D., Gerken, H.G., Li, Y., Sommerfeld, M., Hu, Q., and Xu, J. (2015). Molecular mechanisms for photosynthetic carbon partitioning into storage neutral lipids in Nannochloropsis oceanica under nitrogen-depletion conditions. Algal Research 7, 66-77.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211926414001258
