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藻类能源新进展生长产油皆可得

2019-03-01 15:19:11

2016年10月19日

上图所示为衣藻突变体vip细胞的荧光显微照片,其自带的幽幽绿光无不在宣扬它的“油脂丰满”。图片来源:美国唐纳德丹弗斯植物科学研究中心(Donald Danforth Plant Science Center)Inmaculada Couso和James Umen博士。

近日,来自唐纳德丹弗斯植物科学研究中心(Donald Danforth PlantScience Center)的James Umen博士和他的同事就藻类能源研究取得了一项新的发现——藻类无需以牺牲自身的生长繁殖优势为前提即可收获丰富的油脂。9月6日的《植物细胞》(Plant Cell)刊登了题为《关于莱茵衣藻多磷酸肌醇和TOR激酶调控系统对其环境营养物感知、生长调控及脂类代谢的相互影响》(Synergism between inositol polyphosphates and TORkinase signaling in nutrient sensing, growth control and lipid metabolism inChlamydomonas)的研究论文。在Umen和他的其他同事及合作者,文章的作者Couso博士、蛋白质组及光谱分析的Bradley Evans博士以及美国农业部的研究员Doug Allen博士的努力下,他们发现了一种令人兴奋的衣藻突变体,这一突变体有望消除藻类能源研究中的一大掣肘,即获得大量的油只可在微藻类的饥饿培养下实现。

此前,Umen的团队在研究衣藻繁殖阶段两个较为保守的信号系统之间的相互作用时,发现了这一种可大量产油的突变体,并将其命名为vip。其中一种系统与TOR蛋白有关,TOR(target of rapamycin)我们称它为雷帕霉素靶向蛋白,它可根据生长环境中的营养物来调控藻类细胞的生长速度。另一种系统则涉及VIP蛋白家族,这一过程可产生高度磷酸化的小分子,我们将其称为多磷酸肌醇,它被认为是一种胞内信号分子,但其对藻类生长的功能至今仍未确定。研究发现,vip突变体中VIP系统的活性会减弱,且细胞生长的速度对TOR蛋白的变化水平会变得更加敏感。但是,令研究者颇感意外的是,这种对TOR蛋白的敏感度高低主要取决于细胞生活环境中可获取的碳源。如果将TOR蛋白抑制的vip突变体放置于既可进行光能自养又有外源异养醋酸盐供给的环境中,衣藻细胞的生长几乎完全停止;但如果把同样的vip细胞放入仅有气态二氧化碳供应的自养环境中时,细胞仍可保持正常生长。

外源醋酸盐与vip突变体生长行为之间的奇妙关系使Umen团队倍感惊喜,他们对该突变体进行了进一步研究,看看在不影响TOR调控信号的基础上是否可以观测到其他的代谢改变。研究发现,与普通细胞相比,生长活跃的vip突变体除了可获得更大的油脂量,还不必以减慢甚至中止细胞生长为代价。此外,即使是在牺牲细胞生长的饥饿培养环境中, vip突变体产生的油脂量也比正常的衣藻细胞多上至少两倍。

来自该研究中心植物生化及光合作用系的研究员,Inmaculada Couso认为:“关于细胞对碳素的代谢及存储途径,

藻类能源新进展生长产油皆可得

我想我们的研究无疑提供了一个崭新的思路。当我们成功破解藻类多磷酸肌醇的调控密码时,就推开了重新编写其代谢过程的大门,我们有理由相信并期待藻类定能成为未来油料或其他高价值富碳化合物的选择。”

期刊来源:《植物细胞》

资料提供:唐纳德丹弗斯植物科学研究中心

翻 译:冼 妍

审 校:颜 磊

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