水生所能源微藻油脂代謝調控機制研究獲進展

一些微藻種類可積累油脂，用於生產新型清潔能源，是第三代生物燃料的基礎。微藻的脂類合成在氮限制和氮飢餓條件得到顯著增強。然而，目前對於微藻脂類生物合成和代謝受環境因素調控的機制尚不清楚。近年來，基於代謝組技術的代謝譜分析為研究微藻脂類代謝提供了良好的技術手段。近期，中國科學院水生生物研究所王強學科組在能源微藻油脂代謝調控機制方面的研究取得新進展。

該學科組對3株油脂生產力顯著不同的小球藻（C1、C2和C3）在缺氮誘導條件下的代謝譜進行分析，並結合生理學及分子生物學技術手段確定關鍵代謝途徑對脂質代謝的貢獻。結果表明，對於高油藻株（C2），缺氮條件下氨基酸分解代謝獲得的氮是細胞氮回收（nitrogen recycle）的主要來源，這些氮通過谷氨酸-谷氨醯胺途徑被同化，然後通過相應的代謝途徑（γ-氨基丁酸途徑和三羧酸循環）儲存為氨基酸和中間分子（脯氨酸、γ-氨基丁酸、丙氨酸、精氨酸和琥珀酸等），導致細胞內碳氮失衡。來源於光合作用或糖酵解途徑的過剩的碳被重新分配到6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖、磷酸烯醇丙酮酸、乳酸、檸檬酸、β-羥基丁酸和亮氨酸等代謝產物，進一步通過γ-氨基丁酸途徑、糖酵解和三羧酸循環再分配到脂質代謝途徑進行油脂的生產。對於中等或低油含量的藻株（C1或C3），缺氮條件下的氮回收主要來源於核苷酸的降解，過剩的碳被重新分配至糖類分子作為主要的儲能物質。

研究表明，氮和碳同化及再分配途徑調控了能源微藻的脂質代謝，促進了油脂的生物合成。在上述研究的基礎上，學科組提出了碳/氮代謝途徑促進脂質代謝的調控機制（如圖）。

上述研究得到了淡水生態與生物技術國家重點實驗室(Y11901-1-F01)及中科院科技服務網路倡議(STS) (KFJ-SW-STS-163)項目的資助。相關論文Comparative metabolic profiling of the lipid producing microalga Chlorella reveals that nitrogen and carbon metabolic pathways contribute to lipid metabolism 已在線發表於Biotechnology for Biofuels。

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圖：氮/碳代謝的分配對脂質代謝途徑的調控。黑字字體為與脂類合成相關的代謝途徑，灰色字體為與脂類合成無關的代謝途徑。藍箭頭為氮流路徑，紅箭頭為碳流路徑，綠色箭頭為同時包含氮、碳流的途徑。實線箭頭為一步代謝途徑，虛線箭頭為一步以上代謝途徑。

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