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高等研究院陈峰课题组在微藻碳代谢领域取得重要进展

发布时间:2019-12-30 | 浏览次数:

微藻是一种能利用二氧化碳或其他含碳物质进行生命活动的微生物。在不同培养条件下,微藻通过调节代谢途径来协调细胞的生长和组成。微藻生物量和产物产量取决于培养条件,且可以通过调节碳代谢提高。但是,在碳代谢过程中,存在限制碳效率的屏障。了解微藻碳代谢有助于准确、快速地将碳流从碳源转移到碳储存形态,最终转化为目标产物。近期,陈峰教授课题组在微藻碳代谢领域取得重要研究进展。

 

博士生孙翰为第一作者的研究表明,营养的吸收速率、碳可利用度和产物的代谢路径速率是提高微藻Chromochloris zofingiensis生物量和产物产量的关键因素。研究表明:通过增强细胞多糖积累,诱导高效的三羧酸循环和回补路径,可以提高营养吸收速率和生物量。动力学模型和代谢流分析表明细胞内碳分区转化提高的碳可利用度,是油脂和高附加值产物虾青素积累的关键。基于得到的碳代谢机理,研究提出两步法,可在不影响生物量的前提下,提高30%的生物量价值。该项研究首次将代谢中的碳效率划分为碳可利用度和生物量价值,为提高碳效率提供了一个新方向。

 

(图:不同光质条件下微藻的中心碳代谢、回补路径和产物的前体速率)

 

博士后张昭为第一作者的研究表明,虽然光是高等植物光形态建成的必要条件,但异养(无光)条件下,当培养基中有机碳源耗尽后,微藻Chromochloris zofingiensis的细胞会生成叶绿体,使其能在受到光照后尽快恢复光合作用。在此过程中,参与光合作用的色素,包括叶绿素和初级类胡萝卜素等的含量显著上升,细胞内储存性物质(脂肪酸和淀粉)分解为细胞代谢提供能量和碳骨架。该工作还通过比较转录组分析等手段进一步阐述了这个过程的分子机制,指出过氧化物酶体增殖激活受体(PPARs)可能起关键的调控作用。研究首次揭示了在黑暗条件下,Chromochloris zofingiensis叶绿体形态建成的现象,并提出了潜在的调控机制。

 

(图:异养条件下,葡萄糖耗完前三小时[0 h]和葡萄糖耗完后48小时[48 h]细胞的投射电镜图[绿色箭头:正在生成的叶绿体;ST:淀粉粒;LD:油滴])

 

以上两项研究结果分别发表于微藻领域的权威期刊《Bioresource Technology》(IF=6.669,中科院一区)和《Algal Research》(IF=3.723,中科院二区),陈峰教授为通讯作者。

 

研究成果链接:

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122640

https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101742

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