萊茵衣藻持續光合放氫轉基因生物反應器的構建與調控

《萊茵衣藻持續光合放氫轉基因生物反應器的構建與調控》是依託深圳大學，由胡章立擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：萊茵衣藻持續光合放氫轉基因生物反應器的構建與調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡章立
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

由於綠藻氫酶的活性是光合細菌和藍藻中氫酶活性的100多倍, 所以綠藻光合放氫是最具有套用前景的生物制氫途徑。然而，綠藻氫酶受光合放氧的抑制, 使得其持續放氫時間只有幾秒到幾分鐘。如何使綠藻能夠持續光合放氫？這是長期制約綠藻光合制氫技術發展的瓶頸問題。最近發現缺硫脅迫能使綠藻放氫持續70小時，使綠藻進行缺硫和不缺硫間斷連續培養, 可以使綠藻達到持續光合放氫的目標。然而，由於綠藻與培養基分離困難，制約了缺硫間斷培養綠藻光合制氫技術的套用。本課題組最新研究發現，通過調控microRNAs及其靶基因的表達，也能達到間斷缺硫培養的效果，使綠藻持續光合產氫。本項目擬以萊茵衣藻為材料，利用衣藻的特異性啟動子，構建基於microRNAs調控且能持續光合放氫的轉基因綠藻生物反應器，對轉基因藻持續放氫的調控機制進行研究，對間斷誘導條件與參數進行最佳化，並對其產氫效率進行分析，為綠藻光合制氫產業發展提供新的途徑。

結題摘要

由於綠藻氫酶的活性是光合細菌和藍藻中氫酶活性的100多倍,所以綠藻光合放氫是最具有套用前景的生物制氫途徑。然而，綠藻氫酶受光合放氧的抑制,使得其持續放氫時間只有幾秒到幾分鐘。如何使綠藻能夠持續光合放氫？這是長期制約綠藻光合制氫技術發展的瓶頸問題。最近發現缺硫脅迫能使綠藻放氫持續70小時，使綠藻進行缺硫和不缺硫間斷連續培養,可以使綠藻達到持續光合放氫的目標。然而，由於綠藻與培養基分離困難，制約了缺硫間斷培養綠藻光合制氫技術的套用。 本項目在研究綠藻缺硫光合放氫調控分子機制的基礎上，闡述萊茵衣藻光合放氫代謝途徑的調控miRNAs、靶基因與細胞產氫效率間的相關性及其調控機制，並通過基因工程手段，構建基於miRNAs 調控的萊茵衣藻持續光合放氫轉基因藻株，使其轉基因藻細胞能夠高效、持續地產生氫氣。課題組成員利用四年的時間，在對建立萊茵衣藻正常培養和缺硫培養下細胞小RNA文庫的基礎上，利用生物信息學與實驗生物學相結合的方法，發現了大量新的調控microRNAs；通過對其功能的研究，篩選到對光合系統II活性等具有重要調控功能的microRNAs；構建了一種基於藍光誘導的萊茵衣藻光控系統並套用於藻細胞產氫調控，取得了具有一定創新價值的研究成果。發表相關研究論文16 篇，其中6篇發表在中科院JCR大類一區、TOP期刊雜誌上；完成萊茵衣藻持續光合放氫轉基因生物反應器及其調控技術的探討，申請發明專利5 項；獲得能夠連續高效光合放氫的萊茵衣藻基因工程新品系12 株；參加8次國內外藻類學研究大會，發表會議論文12 篇；培養碩士研究生8名。課題組完成了課題的研究計畫，並達到了預期的研究目標，為進一步探索綠藻光合放氫分子機制及其調控途徑提供了重要的理論依據和基礎數據。