盐藻早期光诱导蛋白调控类胡萝卜素累积的机制

Carotenoids are naturally-occurring pigments that absorb light in the spectral region in which the sun irradiates maximally. These molecules transfer this energy to chlorophylls, initiating the primary photochemical events of photosynthesis. Carotenoids also regulate the flow of energy within the photosynthetic apparatus and protect it from photo-induced damage caused by excess light absorption. So it is a novel idea that carotenoid biosynthesis pathway is study from regulation of the flow of energy. A gene encoding early light-induced protein (ELIP) protein that potentially functions for the dissipation of excessive energy has been cloned from Dunaliella salina. The expression of the ELIP gene under different light conditions is an important anti-stress response of photosynthetic organisms. Therefore, the project aims to learn how Dunaliella Salina manipulats carotenoid biosynthesis by the regulation of ELIP protein.

类胡萝卜素是一类新型抗氧化活性物质，具丰富的营养价值和保健作用。盐藻(Dunaliella Salina)是一种抗逆性极强的单细胞微藻, 光合能力强。盐藻作为目前所知类胡萝卜素含量最高的生物，类胡萝卜素含量可超过干重的10%，是研究类胡萝卜素累积机制的优良材料。项目针对类胡萝卜素生物合成调控中的关键科学问题：盐藻如何利用光信号调节次生代谢产物累积，从高光胁迫条件下盐藻ELIP基因的表达情况，以及类胡萝卜素含量变化。ELIP蛋白与类胡萝卜素结合动力学和其荧光特征，阐明不同光强、光质对盐藻累积类胡萝卜素的影响。并进一步研究ELIP蛋白结合不同类胡萝卜素对类囊体膜的脂肪酸影响，以及对电子传递上的醌池氧化还原状态的作用，明确其在调控类胡萝卜素合成相关基因表达的作用，阐明盐藻在胁迫下光累积类胡萝卜素机制奠定基础。项目的完成对于我们利用盐藻规模化生产类胡萝卜素等原料具有重要的意义。

类胡萝卜素是一类新型抗氧化活性物质，具丰富的营养价值和保健作用。盐藻(Dunaliella Salina)是一种抗逆性极强的单细胞微藻, 光合能力强。盐藻作为目前所知类胡萝卜素含量最高的生物，类胡萝卜素含量可超过干重的10%，是研究类胡萝卜素累积机制的优良材料。目前类胡萝卜素合成研究主要集中在类胡萝卜素的代谢途径改造和调控，虽然累积了某种类胡萝卜素，但是结果都会造成叶绿素受到破坏、光合系统低效运行，最终导致植物、藻类等类胡萝卜素反应器死亡。因此深入研究类胡萝卜素累积机制必须考虑其对光合作用的影响，而通过光的调控和利用进行类胡萝卜素累积机制的研究为该领域提供全新的视角。.我们在项目前期的获得了一条编码盐藻早期光诱导蛋白的Dselip基因，通过系统发育研究发现，该基因编码的蛋白是ELIP家族的远缘蛋白，与杜氏藻(D.bardwail)cbr基因同源性高，因此我们项目中将盐藻Dselip基因系统命名为Dscbr。本项目研究了这个ELIP-like蛋白CBR调控盐藻类胡萝卜素合成作用机制。通过对盐藻在不同光照条件下合成类胡萝卜素时转录组的研究发现，Dscbr家族中Dscbr901明显受到不同光质和光强的影响，而且其表达与类胡萝卜素合成成正相关。通过脂质组学研究发现，盐藻ELIP-like蛋白CBR是通过调节类囊体光合膜脂SQDG实现对盐藻反应器的光保护和类胡萝卜素合成调控。这一研究结果不仅为深入认识类胡萝卜素累积机制奠定了基础，也为理解SQDG这一重要光合膜脂与色素蛋白的关系，以及其功能提供了一条新的蹊径。项目的另一重要研究成果就是发现亚硝基化修饰是盐藻类胡萝卜素合成调控的一种重要手段。项目利用生物化学、细胞生物学、分子生物学和修饰组学等多种手段证明了，光调控下盐藻细胞体内的一氧化氮（NO）水平发生显著变化，这些变化会导致包括盐藻类胡萝卜素合成代谢途径中关键酶PDS在内的多种蛋白发生亚硝基化修饰，从而调控盐藻类胡萝卜素合成。这种调控类胡萝卜素合成方式目前鲜有报道，为全面认识类胡萝卜素合成调控机制奠定了基础。