甾體類化合物在真核生物中分布，但其在微藻中的代謝途徑和生理作用知之甚少。近日，由中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞研究中心和澳大利亞西澳大學(xué)澳大利亞研究委員會(huì)植物能源生理卓越中心(ARC Centre of Excellence, Plant Energy Biology)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在微擬球藻(Nannochloropsis oceanica)中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的甾醇合成途徑，在國(guó)際上率先揭示了產(chǎn)油微藻中甾醇合成途徑和油脂合成途徑關(guān)聯(lián)機(jī)制，相關(guān)成果于6月1日在線發(fā)表于Biotechnology for Biofuels (Lu, et al, Biotech Biofuels, 2014)。
微擬球藻是一種在海洋中廣泛分布，且在世界各地均可規(guī)模培養(yǎng)的野生高產(chǎn)油藻。通過(guò)比較基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析手段，青島能源所路延篤博士和西澳大學(xué)周文序博士等發(fā)現(xiàn)，微擬球藻中存在著一種與高等植物、酵母和綠藻(如萊茵衣藻)等均有顯著不同的甾醇合成途徑，兼具哺乳動(dòng)物和高等植物特征。一方面，它既具有動(dòng)物甾醇合成途徑的一些特征，如富含膽固醇(占甾醇總量的～70%;高等植物中僅為1%～5%)、具備多個(gè)動(dòng)物特征性的膽固醇合成關(guān)鍵酶(如24-脫氫膽固醇還原酶等)等。另一方面，與哺乳動(dòng)物不同，它又含有少量的植物甾醇。
研究人員通過(guò)化學(xué)生物學(xué)和轉(zhuǎn)錄組等手段證明甾醇參與了微擬球藻的生長(zhǎng)、光合作用、葉綠體生成和脅迫響應(yīng)等關(guān)鍵過(guò)程，而甾醇化合物通過(guò)1-脫氧木酮糖-5-磷酸合酶(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase，DXS)來(lái)反饋調(diào)節(jié)自身合成。同時(shí)，甾醇代謝和脂肪酸合成之間存在著協(xié)同作用機(jī)制，通過(guò)抑制甾醇合成可顯著提高胞內(nèi)的脂肪酸含量。結(jié)合前期揭示的缺氮條件下微擬球藻合成油脂過(guò)程的代謝網(wǎng)絡(luò)(Li, et al, Plant Cell, 2014)，該研究發(fā)現(xiàn)的甾醇依賴型油脂合成調(diào)控途徑將為高產(chǎn)油藻的基因工程提供新的思路。
上述研究獲得了科技部合成生物學(xué)“973”項(xiàng)目和中科院“能源微藻生物煉制”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃等支持，由青島能源所單細(xì)胞研究中心徐健研究員和澳大利亞西澳大學(xué)ARC植物能源生理卓越中心Steven Smith教授合作主持完成。
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微擬球藻甾醇合成途徑，及其與哺乳動(dòng)物、高等植物和酵母的聯(lián)系和區(qū)別
