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微拟球藻在缺氮条件下经光合作用固定的碳源分配到三酰基甘油、储存性多糖与膜脂的机制模型
在一定条件下，微藻可大量累积油脂，从而生产生物柴油。然而其光合作用固定产物不仅以油脂形式存在，还以水溶性多糖或淀粉等其它多种碳存储物形式存在。各类碳存储物合成所需前体都为葡萄糖和还原力等，因此，了解和调控碳前体到各种碳存储物之间的分配，对于采用代谢工程手段提高工业微藻的油脂产量有着重要意义。
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心徐健团队与中科院水生生物研究所微藻生物技术中心韩丹翔、胡强团队合作，揭示了缺氮胁迫条件下微藻光合作用固定的碳源分配到油脂（甘油三酯，即TAG）的分子机制，为利用这一机制来提高微藻油脂产量提供了理论基础和研究思路。相关成果于12月17日在线发表于Algal Research（Jia, et al, Algal Research, 2014）。 该团队在前期研究中，以工业产油微藻微拟球藻为研究模式，揭示了微藻高产油性状的遗传基础和进化规律（Wang DM, et al, PLoS Genetics, 2014, 10(1):e1004094）以及分子水平的微藻产油过程动态规律（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储物之间在产油过程中的相互关系是怎样的呢？
通过追踪微拟球藻的脂类代谢物、单糖、多糖和这些代谢物相关基因的转录本在缺氮和含氮两种模式下长达14天培养过程的动态变化，青岛能源所博士研究生加晶等人考察了碳水化合物和TAG之间的相互关系，构建了产油过程中的碳分配模型（如图）。在微拟球藻中，葡萄糖、半乳糖和甘露醇是主要的单糖，而海带多糖可能是其主要的储存性多糖，并与TAG竞争合成前体。同时，转录本水平的分析表明，β-1,3-葡聚糖降解和丙酮酸脱氢酶代谢途径是主要的调节碳流流向TAG合成的组分。另外，脂组的动态变化结合甘油脂代谢基因的转录水平变化，表明膜脂可能转化为TAG，尤其在缺氮条件下这种趋势更强。因此，β-1,3-葡聚糖代谢、乙酰辅酶A合成和膜脂降解这三个途径都对TAG的合成有贡献。这一发现对于工业产油微藻的基因工程选育具有重要指导意义。
上述研究获得了基金委重大国际合作项目、科技部“973”和中科院创新团队国际合作伙伴计划等支持。
原文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211926414001258
