《CO2驅動膠球藻積累甘油三酯的脂組學變化及其機理研究》是依託華南理工大學，由魏東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CO2驅動膠球藻積累甘油三酯的脂組學變化及其機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：魏東
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
極地微藻膠球藻Coccomyxa subellipsoidea C-169在適宜條件下可積累58%乾重的甘油三酯，全基因組測序已完成，是微藻生物柴油研究開發的新模式資源。本項目先利用螢光分子探針分析細胞脂質，解析膠球藻光自養下積累甘油三酯與CO2濃度-時間效應的定量關係；再分析CO2誘導早期細胞的脂代謝物譜，結合多變數數據統計分析，鑑定出CO2誘導早期細胞發生回響的脂代謝標誌物，闡明脂代謝標誌物的變化規律。進而分析CO2誘導細胞的轉錄組信息，統計分析確定表達差異性顯著的基因群。通過脂組學和轉錄組學分析，發現CO2誘導早期與脂代謝標誌物變化規律相對應的基因差異性表達機制，進一步揭示CO2誘導後期驅動甘油三酯積累的基因表達調控機制。項目預期成果將為利用CO2促進膠球藻積累甘油三酯關鍵技術的開發提供原始性創新的理論依據，對發展微藻能源意義重大。
結題摘要
富油微藻作為一種新型生物燃料的原料，可以有效固定CO2並積累油脂。本研究發現，在膠球藻C-169的自養培養中通入2%CO2可以提高細胞生長速率和脂肪酸積累，生物量產率達到222 mg·L-1·d-1、脂肪酸含量為48.5%乾重。全轉錄組分析表明，補充2% CO2 對C-169的重要代謝途徑都進行了全局性調控，包括增強了卡爾文循環、PEP和丙酮酸羧化反應和氨甲醯磷酸合成反應等從而加快了碳同化速度，為細胞快速生長提供充足的碳骨架；通過上調的鐵氧化還原蛋白(Ferredoxin)和鐵氧化還原蛋白-NADP+還原酶(FNR)，前期活躍的光合作用所產生的大量還原力傳遞至多種受體以供細胞快速生長和油脂積累所需；大部分參與糖酵解、TCA循環和氧化磷酸化等過程的基因顯著上調。這些過程的共同加強導致細胞產生更多的ATP和中間代謝物，為細胞快速生長和合成代謝提供了能量和物質基礎。同時，氮同化、CPS II酶的催化反應、GS/GOGAT循環和鳥氨酸途徑被加強，這有助於細胞適應高C/N環境； 脂肪酸降解基因下調，加上脂肪酸合成基因的持續上調，共同導致了細胞後期油脂的大量積累。進一步深入分析轉錄組組學數據後，本研究共鑑定出187個miRNA；miRNA通路富集結果顯示，miRNA與泛酸和CoA合成、C5支鏈酸代謝、2-羥羧酸代謝、丁酸代謝、α-亞麻酸代謝以及纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸合成等過程密切有關。通過rtq-PCR驗證了該調控關係和部分相應靶基因。此外，本研究還針對CO2驅動下普通小球藻CS-42代謝組學進行了研究，發現在CO2補充下，糖酵解和TCA循環受到抑制，導致葡萄糖、果糖等的大量積累，而胺基酸合成因缺乏前體化合物受到抑制；TCA循環的減弱使acetyl-CoA積累並一定程度上促進了油脂合成。在項目前期，利用 GC/TOF-MS 聯用技術，對氮、磷缺乏脅迫下的雪衣藻細胞進行全代謝物譜分析，發現了細胞通過上調或下調代謝標誌物的含量，來調節細胞內胺基酸代謝、脂肪酸合成、糖酵解、三羧酸循環等代謝途徑，從而使細胞從回響轉變為適應氮、磷營養缺乏環境。上述研究成果系統闡明了能源微藻回響CO2驅動下的全局性代謝調控機制，對於進一步提高能源微藻光合固碳效率、提高生物量和油脂產率，發展微藻能源具有重要理論指導意義。
