一些微藻種類可積累油脂，用于生產(chǎn)新型清潔能源，是第三代生物燃料的基礎(chǔ)。微藻的脂類合成在氮限制和氮饑餓條件得到顯著增強(qiáng)。然而，目前對(duì)于微藻脂類生物合成和代謝受環(huán)境因素調(diào)控的機(jī)制尚不清楚。近年來(lái)，基于代謝組技術(shù)的代謝譜分析為研究微藻脂類代謝提供了良好的技術(shù)手段。近期，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所王強(qiáng)學(xué)科組在能源微藻油脂代謝調(diào)控機(jī)制方面的研究取得新進(jìn)展。
該學(xué)科組對(duì)3株油脂生產(chǎn)力顯著不同的小球藻（C1、C2和C3）在缺氮誘導(dǎo)條件下的代謝譜進(jìn)行分析，并結(jié)合生理學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)手段確定關(guān)鍵代謝途徑對(duì)脂質(zhì)代謝的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，對(duì)于高油藻株（C2），缺氮條件下氨基酸分解代謝獲得的氮是細(xì)胞氮回收（nitrogen recycle）的主要來(lái)源，這些氮通過(guò)谷氨酸-谷氨酰胺途徑被同化，然后通過(guò)相應(yīng)的代謝途徑（γ-氨基丁酸途徑和三羧酸循環(huán)）儲(chǔ)存為氨基酸和中間分子（脯氨酸、γ-氨基丁酸、丙氨酸、精氨酸和琥珀酸等），導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)碳氮失衡。來(lái)源于光合作用或糖酵解途徑的過(guò)剩的碳被重新分配到6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖、磷酸烯醇丙酮酸、乳酸、檸檬酸、β-羥基丁酸和亮氨酸等代謝產(chǎn)物，進(jìn)一步通過(guò)γ-氨基丁酸途徑、糖酵解和三羧酸循環(huán)再分配到脂質(zhì)代謝途徑進(jìn)行油脂的生產(chǎn)。對(duì)于中等或低油含量的藻株（C1或C3），缺氮條件下的氮回收主要來(lái)源于核苷酸的降解，過(guò)剩的碳被重新分配至糖類分子作為主要的儲(chǔ)能物質(zhì)。
研究表明，氮和碳同化及再分配途徑調(diào)控了能源微藻的脂質(zhì)代謝，促進(jìn)了油脂的生物合成。在上述研究的基礎(chǔ)上，學(xué)科組提出了碳/氮代謝途徑促進(jìn)脂質(zhì)代謝的調(diào)控機(jī)制（如圖）。
上述研究得到了淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(Y11901-1-F01)及中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)倡議(STS) (KFJ-SW-STS-163)項(xiàng)目的資助。相關(guān)論文Comparative metabolic profiling of the lipid producing microalga Chlorella reveals that nitrogen and carbon metabolic pathways contribute to lipid metabolism 已在線發(fā)表于Biotechnology for Biofuels。
