高山被孢霉脂质合成与苯丙氨酸代谢相关性及调控机制研究

Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are essential fatty acids necessary for human health and possess important physiological functions. M. alpina is one of the highest lipid-producing fungi and can produce lipids in quantities up to 50% of its dry weight. It is used in industrial production of arachidonic acid (AA) with a record of safety for human health, which could be an alternative or complementary source of lipids. In the present project, RNA interference and overexpression of key genes (PAH and GTPCH) in phenylalanine metabolism of M. alpina will be done. We will undertake a systematic study using a combination of lipidomics, transcriptomics, and metabolic flow analysis to investigate the correlation of phenylalanine metabolism to lipogenesis and its regulatory mechanism underlying the efficient lipid synthesis and accumulation in this organism. Our study will provide insights on the mechanics of efficient lipogenesis, and lays a foundation for the possible genetic engineering of organisms producing optimized contents of dietary fat.

多不饱和脂肪酸(PUFAs)为人体健康所必需，具有重要的生理功能。高山被孢霉油脂合成能力很强，可达细胞干重的50%以上。高山被孢霉不仅是花生四烯酸（AA）的工业化生产菌株，而且是合成PUFAs真菌中唯一具有正式安全性评估的菌种，可直接用于食用脂质生产，代替或补充传统脂质资源。本项目拟以产油真菌高山被孢霉为研究对象，构建苯丙氨酸代谢途径中关键酶PAH和GTPCH基因的RNA干扰与过表达工程菌株，通过脂质组学研究基因工程菌株体内脂质组分的变化情况，利用RNA测序在转录水平上解析苯丙氨酸代谢对脂质积累的调控规律，并从代谢流的层面揭示苯丙氨酸代谢途径对脂质代谢流网络的影响，证明高山被孢霉脂质合成与苯丙氨酸代谢相关性，阐明高山被孢霉苯丙氨酸代谢对脂质合成的调控机制。该研究对于解析高山被孢霉脂质合成机理具有重要意义，为重构高山被孢霉脂肪酸代谢通路，使之成为生产功能性脂质的细胞工厂提供理论依据。

多不饱和脂肪酸（PUFAs）是人体健康所必需的功能性脂肪酸，高山被孢霉（Mortierella alpina）可从头合成各种高经济价值的PUFAs，。然而其总脂特别是特定功能性油脂的产量达到瓶颈，亟需解析脂质合成代谢机理，对高山被孢霉进行定向分子改造。苯丙氨酸羟化酶（PAH）及其辅助因子四氢生物蝶呤（BH4）在高等生物中可能和脂质合成相关，但缺乏直接的生物学证据。本文通过在高山被孢霉体内过表达BH4合成限速酶三磷酸鸟苷环式水解酶（GTPCH）基因，PAH基因和亚甲基四氢叶酸脱氢酶基因，在分子水平上首次证明了苯丙氨酸与高山被孢霉脂质合成存在相关性，研究了苯丙氨酸代谢辅助因子BH4对脂质合成的调控机制，为深入解析脂质合成机理奠定了基础。主要研究结果如下：.1.过表达GTPCH基因在提高BH4水平的同时显著提高了高山被孢霉内总脂肪酸的含量和不饱和度，BH4与高山被孢霉脂质合成存在代谢相关性。BH4可通过苯丙氨酸代谢和一氧化氮合成途径对高山被孢霉脂质合成所需还原力进行调控。.2. 过表达PAH基因可以提高高山被孢霉合成脂质的能力。与原养型高山被孢霉相比，MA-PAH中总脂肪酸、C18：1和C18：3分别提高了10%、30%和15%。磷酸戊糖途径，苹果酸酶，TCA循环和叶酸代谢中产NADPH基因都发生了明显上调，这表明PAH在脂质合成所需还原力NADPH合成调控中起重要作用。.3. 过表达MTHFD1基因可以提高高山被孢霉合成脂质的能力。与原养型高山被孢霉相比，MA-MTHFD1菌株中脂肪酸含量提高了40%，NADPH的含量提高了26%，而且NADPH合成途径中其他相关基因苹果酸酶（ME）和异柠檬酸脱氢酶（IDH）的转录水平也发生了上调。这表明在高山被孢霉脂质合成还原力形成中，叶酸代谢起到了关键作用。