微藻是地球上最主要的初級生產(chǎn)者之一，通過光合作用，微藻把光能和CO2轉(zhuǎn)化為油脂（甘油三酯，TAG）等高能儲(chǔ)碳物質(zhì)。近日，中科院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心在工業(yè)產(chǎn)油微藻（微擬球藻）中發(fā)現(xiàn)一種藍(lán)光特異性誘導(dǎo)的油脂合成調(diào)控機(jī)制，并基于此發(fā)明了BLIO這一全新的“光控”高產(chǎn)油技術(shù)，將峰值油脂生產(chǎn)率提高了一倍。該工作在線發(fā)表于《自然-通訊》。

　　TAG的合成是微藻細(xì)胞針對環(huán)境脅迫的應(yīng)激反應(yīng)之一，在尋覓誘導(dǎo)TAG合成新方法的過程中，單細(xì)胞中心博士后張鵬和副研究員辛一帶領(lǐng)的研究小組在工業(yè)產(chǎn)油微藻即海洋微擬球藻中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)未知的“BlueLight-NobZIP77-NoDGAT2B”通路。基于該通路，該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了名為BLIO的藍(lán)光特異性誘導(dǎo)高產(chǎn)油技術(shù)。研究人員還運(yùn)用RACS-Seq系統(tǒng)篩選了大量的工程藻株、培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)的組合。在白光和氮素豐富的情況下，敲除了NobZIP77的微擬球藻工程株生物質(zhì)產(chǎn)率沒有降低，油脂產(chǎn)率卻提高了兩倍；而隨著微藻逐漸消耗氮源，啟動(dòng)藍(lán)光照射，TAG大幅度累積。與恒定白光下野生型微藻的培養(yǎng)過程相比，在峰值產(chǎn)油狀態(tài)下，BLIO的TAG生產(chǎn)率提高了整整一倍。

　　“如此簡潔高效的從光質(zhì)感應(yīng)到油脂合成的調(diào)控機(jī)制，以前并不為人所知，因此是一個(gè)令人興奮的合成生物學(xué)模塊雛形。”該論文通訊作者、單細(xì)胞中心主任徐健表示。同時(shí)，作為一種理想的過程控制工具，光質(zhì)具有調(diào)控方便、低成本、高時(shí)空精度、可擴(kuò)展性強(qiáng)和高能量效率等優(yōu)勢，因此，“BlueLight-NobZIP77-NoDGAT2B”模塊的揭示和BLIO技術(shù)的發(fā)明，為產(chǎn)油微藻的分子育種、光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)、培養(yǎng)工藝優(yōu)化等展示了一個(gè)新方向。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-29337-x

來源： 中國科學(xué)報(bào) 廖洋 劉佳