微藻信号分子及其在细胞聚集和油脂代谢中的作用机制

The signal molecule of quorum sensing (QS) is a language of microorganisms for cell to cell communication, it plays an influential role in microbial luminescence and biofilm formation. QS is widespread in bacteria, but the recent studies about algal bloom and algae-bacteria relations suggested that eukaryotic microalgae also exist QS behavior. In this study, signal molecules in Chlorella are the objectives to study the response of microalgal signal molecules to environmental stress, and then set up a cultivation strategy of microalgae based on QS regulation. This study includes three sections: (1) microalgal signal molecules will be identified and their time-space distribution law will be studied to reveal the relationship between chemical signals and physiological behavior; (2) physicochemical analysis and microbiome analysis will be used to explore the pathway of signal molecule function on cell aggregation and lipid accumulation to unfold the mechanisms; (3) based on the above results, reaction system will be designed and set up to explore a strategy to quickly cultivate the rich lipid microalgae aggregates. This study will provide not only a research basis for the theory of intercellular communication of microalgae but also a new research perspective and technical reference for microalgae culture technology.

群体感应信号分子，是微生物细胞间传递信息的语言，对微生物发光、生物膜形成等生理活动具有调控作用。以往研究认为群体感应普遍发生在细菌之间，但是近年来藻类水华、藻菌共生的相关研究显示，真核微藻中也存在着群体感应现象。本项目以小球藻群体感应信号分子为研究对象，通过环境压力胁迫微藻信号分子的响应，建立基于群体感应调控的微藻培养方案，主要研究包括：（1）识别微藻信号分子并研究其时空分布规律，建立化学信号物质和生理行为之间的联系；（2）结合理化分析和微生物组学分析，研究微藻信号分子诱导细胞聚集、影响油脂合成代谢的途径，揭示其作用机理；（3）基于上述研究结果，设计构建反应体系，探索高油脂、易沉降微藻的快速培养方案。本研究可为微藻胞间通讯理论的建立提供研究基础，为能源微藻培养工艺提供新的研究思路和技术参考。

微藻生物质能源生产与废水处理耦合是一种潜在的废水资源化技术，也是降低微藻生物质生产成本的可行策略。本项目围绕微藻生物质培养存在的瓶颈问题，开展了两个方面的研究工作：（1）微藻信号分子的生长代谢调节作用。鉴别了两种新型的微藻信号分子，解析了信号分子在细胞生长增殖、油脂累积的作用机制；发现微藻可以感知细菌信号胁迫，并通过藻类协同作用维持藻类正常的生长代谢，为胞间通讯理论在微藻生物质能源领域的应用提供必要的理论基础。（2）微藻生物质生产耦合废水处理技术。解析了磷对微藻生长代谢的毒性兴奋作用机制，提出了微藻处理高磷废水、强化微藻光合作用、促进生物油脂累积的有效策略；开发了新型的废水脱氮、难降解污染生物处理技术，为藻类培养耦合废水处理过程中的污染物毒性问题，提供了新的解决思路。