中鏈甘油三酯（Mid-chain Triacylglycerides; MCT）是一種特殊的功能油脂，在臨床上主要用于減肥、促進能量代謝、以及促進腦退化人群的恢復。近期，青島能源所單細胞中心與大連化物所高分辨分離分析及代謝組學研究組合作，揭示了微藻細胞中調(diào)控MCT合成的分子機制，進而開發(fā)出高產(chǎn)MCT的工業(yè)產(chǎn)油微藻細胞工廠。該成果在線發(fā)表于《植物生理學》Plant Physiology。
高產(chǎn)中鏈甘油三酯（MCT）的工業(yè)微藻細胞工廠
MCT是指含有三條中鏈脂肪酸（MCFA，由8至12個碳原子構(gòu)成）的甘油三酯。MCT不需要膽鹽即可完整地被吸收到小腸粘膜進入細胞內(nèi)，并直接以脂肪酸形式由門靜脈進入肝臟。因此，MCT可為身體快速供能，不會形成脂肪在體內(nèi)堆積，具有重要的健康功效。
目前MCT通過水解、過濾和再酯化棕櫚油或椰子油生產(chǎn)，但棕櫚和椰子僅可在熱帶和亞熱帶地區(qū)種植，且通常植物只有3%的干重會以油脂的形式儲存，因此業(yè)界亟需更高效和環(huán)保的MCT生產(chǎn)方式。
微擬球藻（Nannochloropsis spp.）是一種能夠?qū)㈥柟狻⒑Ｋ投趸贾苯愚D(zhuǎn)化為甘油三酯（TAG）的工業(yè)產(chǎn)油微藻，其TAG中含有超過20種脂肪酸。是否能夠“定制化設(shè)計”TAG上的脂肪酸長度，從而利用微擬球藻來實現(xiàn)MCT的合成呢？單細胞中心辛一副研究員帶領(lǐng)的研究小組，聯(lián)合王勤濤助理研究員、申琛助理研究員、大連化物所胡春秀副研究員等，通過MCFA介導的酵母異源表達和體外酶學實驗，發(fā)現(xiàn)在微擬球藻中僅有兩個II型二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶（NoDGAT2）能夠組裝MCFA為MCT。其中，NoDGAT2D是個“全科”技工，能組裝C8到C18等各種鏈長的脂肪酸；而NoDGAT2H則是個“?？啤奔脊?，專門組裝C8和C12這兩種MCFA。亞細胞定位實驗進一步證明這兩個DGAT2均在葉綠體上參與了TAG的組裝。
進而，研究人員在微擬球藻中理性調(diào)控上述兩個DGAT2的轉(zhuǎn)錄水平，并結(jié)合其他多個外源MCT合成酶的表達，構(gòu)建了高產(chǎn)MCT的工程藻株。在峰值產(chǎn)油階段，工程藻株的MCT含量比野生型提高了64.8倍。
TAG中脂肪酸的飽和度和鏈長作為兩大關(guān)鍵指標，決定著藻油的經(jīng)濟價值。前期，單細胞中心團隊揭示了微擬球藻調(diào)控TAG中脂肪酸飽和度的機制（Xin, et al,
Mol Plant, 2017; Xin, et al,
Mol Plant, 2019）。本工作則進一步揭示了該藻調(diào)控TAG中脂肪酸鏈長的機制。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了以工業(yè)微藻為底盤，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可定制化的油脂分子，為從
CO2一步法生物合成各種具特殊性能的燃油與食用油產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
本工作由青島能源所單細胞中心徐健研究員團隊與大連化物所高分辨分離分析及代謝組學研究組許國旺研究員團隊合作完成，得到國家重點研發(fā)計劃、大連化物所-青島能源所融合基金項目、國家自然科學基金和山東省自然科學基金的支持。
Yi Xin#,*, Qintao Wang#, Chen Shen#, Chunxiu Hu*, Xianzhe Shi, Nana Lv, Xuefeng Du, Guowang Xu, Jian Xu*. Medium-chain triglyceride production in Nannochloropsis via a fatty acid chain length discriminating mechanism. Plant Physiology, 2022.
