异养-稀释-光诱导串联培养过程中小球藻油脂合成积累与调控机制

微藻因具有光合效率高、含油量高、生长快等优点，被认为是最有潜力替代石油的生物能源。制约其发展的瓶颈之一是缺乏对微藻的油脂代谢与环境互作机制的认识。.申请者在微藻培养领域首创了异养-稀释-光诱导串联培养技术，在培养小球藻时研究发现转入光诱导后短时间内藻细胞内主要成分迅速变化，尤其是油脂含量提高了一倍。如此短时间内油脂含量的成倍积累预示着微藻油脂代谢的特殊调控及较强的光合作用适应本领，其机制为何？本项目拟分别从胞内全组份、细胞器亚显微结构、差异基因表达及油脂代谢关键基因克隆与调控入手，对产生这一重要现象的机理进行深入的研究。.本研究不仅具有很高的学术价值而且具有重要的应用前景：为阐述能源微藻油脂形成和积累的调控机理以及与光照环境互作机制提供了强有力的理论依据；有望使异养-稀释-光诱导串联培养技术成为微藻培养领域中的一项崭新的平台技术。

本项目“异养-稀释-光诱导串联培养过程中小球藻油脂合成积累与调控机制”由华东理工大学李元广教授承担，中科院遗传与发育生物学研究所参与共同完成。项目分别从生化、细胞和分子转录水平对小球藻细胞由异养转入光诱导后胞内主要成分（尤其是油脂）含量快速变化的机理进行了研究，总体执行情况良好，通过3年的实施，已完成了计划任务书中规定的所有研究任务和目标。主要研究内容和进展如下：系统研究了藻细胞内常规生化成分（蛋白质、油脂、脂肪酸、碳水化合物、灰分、叶绿素和类胡萝卜素等）在异养-稀释-光诱导串联培养过程中的含量变化特征和规律；采用扫描电镜、透射电镜以及激光共聚焦显微镜等，研究了藻细胞显微和亚显微结构变化特征及规律；通过采用消减杂交文库和高通量转录组测序等技术手段，获得了大量差异表达基因；克隆了小球藻油脂合成关键酶（ACCase和DGAT）基因及油脂代谢相关关键调控酶（PEPC和ME）等基因，研究了其对小球藻油脂合成和积累的变化规律；构建了多个含脂肪酸合成与油脂积累相关的结构基因与转录因子相关的表达载体，对小球藻进行转基因操作，获得了一系列高产油脂转化藻株；采用转录组测序，分析了转大豆Dof4转录因子的转化株脂肪酸和油脂含量增多的分子机理。上述研究工作，基本阐明了以小球藻为代表的能源微藻在异养-稀释-光诱导串联培养过程中差异表达基因网络以及油脂合成和积累机制，为阐述能源微藻油脂形成和积累的调控机理以及与光照环境互作机制提供了有力的理论依据，同时为微藻异养-稀释-光诱导串联培养技术平台的进一步优化提供了科学依据。.此外，项目组在顺利完成课题计划目标和任务的基础上，运用新一代罗氏454和solexa高通量测序技术，在国内外首次开展蛋白核小球藻全基因组的测序工作，绘制了全世界首个工业用淡水能源微藻——蛋白核小球藻的全基因组草图，这一工作为进一步通过基因工程和系统生物学调控手段提高能源微藻的生长和油脂合成速率奠定了理论和实验依据，具有重要的工业应用价值和较高的学术价值。通过3年的研究，本项目已公开发表SCI论文4篇；申请并公开中国发明专利5项、授权1项；申请并公开PCT专利3项；已培养毕业硕士生2名，博士生3名，出站博士后1名；正在培养硕士生2名，在读博士后1名；项目组成员多次参加国内外重要学术会议并做口头报告。各项指标全部完成。