微藻脂代谢关键调控基因的发掘及相关分子机制研究

微藻被认为是制备生物柴油的理想原料，提高微藻油脂含量是微藻生物柴油产业化需要解决的关键问题之一。脂肪酸代谢途径在高等生物和一些微生物中的研究已经比较清楚，但在微藻中调控脂肪酸代谢的关键酶基因的研究还比较缺乏。本研究拟利用高通量测序技术结合生物信息学分析，以衣藻为研究模型，发掘微藻脂代谢网络中影响脂肪酸合成与积累的关键调控基因，然后通过RNAi和过表达策略来鉴定和确认这些关键基因对模式微藻中脂肪酸种类、含量以及对脂肪酸代谢网络中相关酶基因表达水平的影响，以阐明这些关键酶基因在微藻脂代谢过程中的作用和分子机制。该研究将为深入了解微藻脂代谢分子机制打下基础，对通过基因工程手段提高微藻油脂含量提供理论与技术支持，同时对于微藻生物柴油的开发应用具有重要的理论和实际意义。

微藻被认为是制备生物柴油的理想原料，提高微藻油脂含量是微藻生物柴油产业化需要解决的关键问题之一。对微藻脂代谢调控等机制的深入了解，将是解决这些问题的关键途径之一。首先，分析比较了正常培养和氮源缺乏培养条件下衣藻总油脂含量和单体脂肪酸差异。研究结果表明：氮源缺乏培养后总脂含量显著升高， 不同单体脂肪酸也发生显著变化； 通过基因表达谱分析，发现在氮源缺乏培养条件下有多个脂代谢通路中表达量差异显著的基因，其中14个基因表达量上调，9个基因表达量下调；高通量测序分析结果表明，在氮源缺乏条件下有19个已知microRNA的表达量显著变化。其中14个已知microRNA的表达量升高，5个已知microRNA的表达量降低。高通量测序结果还首次发现了30个新microRNA，其中5个新microRNA只在出现在正常培养条件下的衣藻细胞，有2个新microRNA只在出现在缺氮正培养条件下的衣藻细胞；通过对表达量变化显著的29个miRNAs的目标靶基因进行分析表明，有13个目标靶基因参与了衣藻油脂代谢相关途径；通过RNAi 技术下分别调了与脂代谢负相关的ECH和LCSA 基因，结果表明：下调ECH和LCSA 基因，后衣藻油脂含量显著增加，不同单体脂肪酸的相对含量也发生了显著的变化，表明ECH和LCSA 基因表达量的变化可以影响衣藻油脂含量，是衣藻油脂合成代谢通路中关键调控因子；小球藻也是一种重要的生物燃料资源,它在生产微藻燃料具有广阔的开发前景，因此研究小球藻的生理生化特性具有重要的意义。镁离子在微藻的生长过程中起到了很重要的作用，不仅是叶绿素结构的中心原子，还是一些代谢途径中关键酶的辅因子。采用批次培养的方法，在对普通小球藻Chlorella vulgaris光合自养培养过程中，研究了在缺镁胁迫条件下的普通小球藻的光合生理及油脂积累的变化。研究表明：在缺镁胁迫条件下，普通小球藻的生物量、蛋白含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量分别降低了20%、43.96%、27.52%、28.07%，而总油脂含量增加了19.60%；普通小球藻的最大光能转化效率Fv/Fm降低了22.54%，而非光化学淬灭qN显著高于正常培养条件。本研究结果表明缺镁胁迫抑制了普通小球藻中叶绿素的合成，从而影响了光合作用的进行，导致普通小球藻生长受到抑制、蛋白质合成受阻，从而使其碳同化进入油脂的合成代谢，增加了普通小球藻