温度胁迫下微藻油脂合成的转录调控和信号通路研究

As a type of green and clean energy, algae biodiesel is an optimal alternative energy source for fossil fuel. To reduce algae biodiesel production cost and explain the algae lipid synthesis mechanism, the transcription factor egineering to improve algae lipid was suggested. Based on previous results in the analysis of algae transcriptome sequencing and whole genome sequencing of Chlorella minutissima UTEX2341, this study would construct the transcription factor defeciency and the overexpression mutants to verify its function on lipid synthesis; analyze transcription factor cell localization, binding sites and expression characterization to explain the regulation mechanism; detect intracellular Ca2+ concentration changes and the combination of CaM/CDPK with transcription factor to verify the signal transduction under temperature stress. This study would contribute to the understanding of the functions of transcription factors on algae lipid synthesis, obtain engineering algae with high efficiency and high lipid accumulation level, and promote algae biofuel development and algae biodiesel industrialization in theory and application.

微藻生物柴油是一种绿色的清洁能源，是石化柴油的优质替代品。而通过转录因子工程改造的方式来提高微藻油脂含量对于阐明微藻油脂合成的调控机理及降低微藻生物柴油的成本具有重要的理论意义及应用价值。本课题拟基于已有的小球藻Chlorella minutissima UTEX2341不同温度胁迫下的全细胞水平基因转录本丰度的变化以及全基因组信息测序结果，通过构建转录因子的缺失、回补和过表达突变株验证转录因子对油脂代谢的影响作用；通过转录因子亚细胞定位和转录因子对下游结合基因的调控活性分析揭示其对油脂合成相关基因的调控作用；通过检测上游钙离子信号分子胞内浓度变化，CaM/CDPK与转录因子结合情况，初步揭示出微藻油脂合成响应温度胁迫的转录调控机理。最终为通过转录因子工程改造获得高产油的工程藻株和微藻柴油的工业化应用奠定理论和应用基础。

微藻生物柴油是一种绿色的清洁能源，是石化柴油的优质替代品。但是关于温度胁迫下微藻油脂积累增加的机理尚不清楚，因此通过对温度胁迫下的信号通路研究可以帮助人们解析微藻油脂合成的机理，降低微藻生物柴油的成本。.本课题的主要研究内容包括微藻油脂合成关键转录因子调控模型的构建、转录因子的定位及功能分析、Ca离子信号通路分析及油脂代谢通路关键基因的功能研究四部分内容。.通过研究发现温度胁迫可导致胞内Ca2+浓度降低，从而引起下游CaM/CDPK基因丰度的改变并激活定位于细胞核的转录因子AP2/MYB，AP2/MYB进入细胞质，调控定位于内质网上的三酰甘油代谢途径中的PES1、GPAT和DGAT，引起TAG从头合成途径代谢活性的增强，碳流更多的流入油脂合成途径以应对温度引起的胁迫压力，并导致微藻胞内TAG含量的增加，相比正常温度，低温和高温下TAG含量分别提高了1.2倍和1.4倍。低温下膜脂不饱和度增加，而高温时膜脂总的不饱和度并没有显著变化, 但半乳糖脂的不饱和度却显著增加。建立了温度胁迫下的油脂合成调控模型，初步阐明了温度调控TAG合成的机理，为后续高产油工程藻株的构建奠定了理论和实验基础。.本项目已发表SCI文章2篇，已接收1篇，修改中1篇；发表中文核心期刊文章2篇；参加国内外学术会议7次，并做报告4次，墙报1次；申请专利1项，已公开并进入实质性审查阶段；培养硕士研究生3名，已毕业2名，培养博士研究生3名，已毕业1名。完成了预期的研究目标。