水生所在微藻脂质代谢研究中取得重要进展

作者:admin 来源:本站 阅读次数:142

三酰基甘油酯(triacylglycerol,TAG)是光合单细胞生物——微藻的主要储存能量物质,是制备微藻生物柴油的原料,在人类健康及动物饲料领域中也具有广阔的应用前景。在分子水平上理解微藻三酰基甘油酯的合成机理对利用生物技术提高油脂产量具有重要的指导意义。

近日,中国科学院水生生物研究所藻类生物技术和生物能源研发中心的研究人员首次纯化了微藻脂质代谢相关的膜蛋白、三酰基甘油生物合成的关键酶——溶血磷脂酸酰基转移酶CrLPAAT1,并进行了系统的生化研究。研究结果表明,经纯化的重组CrLPAAT1对C16:0-CoA具有明显的偏好性,并且这种偏好性的主要原因并不是酶与酰基供体的亲和力大小,而是酰基供体引发酶的构象发生改变的能力。该研究还发现CrLPAAT1与脂质合成通路上游的甘油三磷酸酰基转移酶CrGPAT1间存在特异性结合,这两个酶的结合和解离受到中间产物浓度的调控。研究人员推测这可能代表着脂质合成过程中的一种新的调控机制,即生化反应的中间产物的积累可以直接减弱蛋白质互作强度,从而控制进入脂质合成途径的碳流通量(图1)。该发现为解析微藻脂质代谢调控机制提供了一个全新的研究思路。

1.png
图1 莱茵衣藻GPAT1和LPAAT1结合和解离调控油脂合成机制示意图

在对CrLPAA1过表达藻株的深入研究中,团队还发现了一种新的涉及调控碳分配的基因GNAT19(General control nonrepressible 5 -related N-acetyltransferase19)。在莱茵衣藻细胞内过量表达该基因,能够使微藻细胞在缺氮条件下的生物量产量比对照提高70%以上,总碳水化合物与淀粉含量则提高1倍以上。据此推测CrGNAT19的表达可被油脂代谢通路中特定底物的上调表达所调控,在调节细胞碳流分配中起核心调控作用(图2)。CrGNAT19是目前已发现的为数不多的可以用于增强微藻生物量产量的靶基因,在生物技术上的应用潜力巨大。

image.png
图2 莱茵衣藻LPAAT1介导的碳流调控模式图

以上研究结果分别以“Microalgal plastidial lysophosphatidic acid acyltransferase interacts with upstream glycerol-3-phosphate acyltransferase and defines its substrate selectivity via the two transmembrane domains”和“Identification and biotechnical potential of a Gcn5-related N-acetyltransferase gene in enhancing microalgal biomass and starch production”为题,发表在《Algal Research》和《Frontiers in Plant Science》杂志上,第一作者分别为黄麟飞、余丽华(共同第一作者)和李中泽、曹黎(共同第一作者),文章通讯作者为韩丹翔、袁丽(共同通讯作者)。该研究得到国家重点研发计划、中科院重点部署项目和国家开发投资公司项目的资助。


文章链接:https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101758

          https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.544827


鄂ICP备15028350号丨Copyright©2013-2017 藻类生物技术和生物能源研发中心