水生所在微藻脂質(zhì)代謝研究中取得重要進展
三?;视王ィ?/span>triacylglycerol,TAG)是光合單細胞生物——微藻的主要儲存能量物質(zhì),是制備微藻生物柴油的原料,在人類健康及動物飼料領(lǐng)域中也具有廣闊的應用前景。在分子水平上理解微藻三?;视王サ暮铣蓹C理對利用生物技術(shù)提高油脂產(chǎn)量具有重要的指導意義。
近日,中國科學院水生生物研究所藻類生物技術(shù)和生物能源研發(fā)中心的研究人員首次純化了微藻脂質(zhì)代謝相關(guān)的膜蛋白、三?;视蜕锖铣傻年P(guān)鍵酶——溶血磷脂酸?;D(zhuǎn)移酶CrLPAAT1,并進行了系統(tǒng)的生化研究。研究結(jié)果表明,經(jīng)純化的重組CrLPAAT1對C16:0-CoA具有明顯的偏好性,并且這種偏好性的主要原因并不是酶與酰基供體的親和力大小,而是酰基供體引發(fā)酶的構(gòu)象發(fā)生改變的能力。該研究還發(fā)現(xiàn)CrLPAAT1與脂質(zhì)合成通路上游的甘油三磷酸?;D(zhuǎn)移酶CrGPAT1間存在特異性結(jié)合,這兩個酶的結(jié)合和解離受到中間產(chǎn)物濃度的調(diào)控。研究人員推測這可能代表著脂質(zhì)合成過程中的一種新的調(diào)控機制,即生化反應的中間產(chǎn)物的積累可以直接減弱蛋白質(zhì)互作強度,從而控制進入脂質(zhì)合成途徑的碳流通量(圖1)。該發(fā)現(xiàn)為解析微藻脂質(zhì)代謝調(diào)控機制提供了一個全新的研究思路。
圖1 萊茵衣藻GPAT1和LPAAT1結(jié)合和解離調(diào)控油脂合成機制示意圖
在對CrLPAA1過表達藻株的深入研究中,團隊還發(fā)現(xiàn)了一種新的涉及調(diào)控碳分配的基因GNAT19(General control nonrepressible 5 -related N-acetyltransferase19)。在萊茵衣藻細胞內(nèi)過量表達該基因,能夠使微藻細胞在缺氮條件下的生物量產(chǎn)量比對照提高70%以上,總碳水化合物與淀粉含量則提高1倍以上。據(jù)此推測CrGNAT19的表達可被油脂代謝通路中特定底物的上調(diào)表達所調(diào)控,在調(diào)節(jié)細胞碳流分配中起核心調(diào)控作用(圖2)。CrGNAT19是目前已發(fā)現(xiàn)的為數(shù)不多的可以用于增強微藻生物量產(chǎn)量的靶基因,在生物技術(shù)上的應用潛力巨大。
圖2 萊茵衣藻LPAAT1介導的碳流調(diào)控模式圖
以上研究結(jié)果分別以“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”為題,發(fā)表在《Algal Research》和《Frontiers in Plant Science》雜志上,第一作者分別為黃麟飛、余麗華(共同第一作者)和李中澤、曹黎(共同第一作者),文章通訊作者為韓丹翔、袁麗(共同通訊作者)。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、中科院重點部署項目和國家開發(fā)投資公司項目的資助。
文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101758.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.544827.
