Alkenone型微藻脂滴蛋白和脂质代谢途径研究

To increase the productive rate of lipids in microalgae through genetic manipulation is one of the most concerned problems in microalgae biodiesel production. Due to insufficient understanding on lipid metabolic mechanisms and the key factors controlling lipid accumulation, large scaled development and utilization of microalgae biodiesel have been handicaped. The proposed study will focus on the metabolic pathway of alkenone-producing microalgae, with Tisochrysis lutea as target species. Using immuno-electron microscopy the major proteins from lipid droplets will be located through the antibodies generated against them. Then the function of those confirmed proteins in lipid droples will be revealed through their gene transcript and protein expression levels during lipid accumulation. Combined with lipidomics analyses of lipid droplets, the possible metabolic pathway of alkenone can be properly established. Thus, this study will provide theoretical basis and important technologic information for improving lipid production in microalgae and help to optimize algae species selection.

运用基因工程技术改造、提高微藻产油效率是当前人工制备生物柴油技术中亟待解决的重要问题。由于以往对藻类油脂合成代谢机制以及控制脂质积累的关键因素了解不够，从而限制了微藻产油技术的大规模开发应用。本研究拟选取产alkenone型脂质的典型微藻（Tisochrysis lutea）为主要研究对象，运用多技术体外表达纯化脂滴蛋白、制备抗体并通过免疫电镜对主要蛋白进行定位，分析确定脂滴的原生蛋白；结合分子生物学技术查明原生蛋白的基因转录和蛋白表达水平，及其与脂质积累的相关性从而确定这些蛋白的主要功能。在此基础上，运用ESI-MS/MS技术对脂滴进行脂组学研究，结合主要蛋白的功能分析，以期揭示alkenone型脂质的代谢途径。从而为通过基因工程提高微藻油脂产量、优选藻种提供理论依据和关键信息。

能源短缺是当代社会面临的重要问题之一，微藻生物柴油作为可再生清洁能源已逐渐成为研究的热点。在微藻产油基础研究方面，优良藻种的选育以及基因工程改造是一个重要方向。若要通过基因工程技术提高微藻的产脂量，就必须研究并充分了解微藻油脂合成的代谢机制。微藻Tisochrysis lutea油脂中的alkenone具有稳定的化学性质和与石油相似的结构，因此一直被认为是石油的替代品之一。然而alkenone的代谢途径至今未知，从而严重限制了T. lutea生物柴油生产的大规模开发应用。本研究通过运用多技术体外表达脂滴蛋白、合成抗体并通过酵母转基因对主要蛋白进行定位，分析确定脂滴的原生蛋白；进而关联脂质alkenone的积累和脂滴蛋白的基因表达水平，对蛋白于脂质积累的相关性和主要功能进行了推测和验证。此外，转基因也验证了几种脂滴蛋白对其生理生化的改变，尤其是coccolith scale associated protein-1蛋白，极有可能成为未来基因剪辑提高微藻油脂产量的突破口。对该蛋白进行CO-IP实验，发现一条明显的差异条带，蛋白质组学数据正在分析中，需后续完成。在alkenone型生物中，首次建立脂组学的分析方法，并对细胞在对数期、稳定期以及压迫条件下的脂组学进行分析，包含Alkenone(6种)，DAG(26种)，DGDG(12种)，DGTS(11种)，FFA(6种)，LPA(5种)，LPC(3种)，MGDG(14种)，PA(8种)，PC(15种)，PE(29种)，PG(22种)，PI(8种)，TAG(70种)。其中Alkenone 和 FFA 分别用d6-CE 和 FFA 19:0作为内标 进行相对定量分析。PG36:0，C37:4 Alkenone，FFA18:0，LPA16:0是基于P值有最显著差异的代谢物。