微藻脂質代謝研究獲進展

2020-09-30 中科院之聲

三醯基甘油酯（triacylglycerol，TAG）是光合單細胞生物——微藻的主要儲存能量物質，是製備微藻生物柴油的原料，在人類健康及動物飼料領域具有應用前景。在分子水平上理解微藻三醯基甘油酯的合成機理，對利用生物技術提高油脂產量具有指導意義。

中國科學院水生生物研究所藻類生物技術和生物能源研發中心研究人員，純化微藻脂質代謝相關的膜蛋白、三醯基甘油生物合成的關鍵酶——溶血磷脂酸醯基轉移酶CrLPAAT1，並進行系統的生化研究。研究表明，經純化的重組CrLPAAT1對C16:0-CoA有明顯偏好性，且偏好的主要原因不是酶與醯基供體的親和力大小，而是醯基供體引發酶的構象發生改變的能力。同時，研究發現CrLPAAT1與脂質合成通路上遊的甘油三磷酸醯基轉移酶CrGPAT1間存在特異性結合，兩個酶的結合和解離受到中間產物濃度的調控。研究人員推測這可能代表脂質合成過程中的新調控機制，即生化反應中間產物的積累可直接減弱蛋白質互作強度，從而控制進入脂質合成途徑的碳流通量（圖1）。該研究為解析微藻脂質代謝調控機制提供新思路。

在對CrLPAA1過表達藻株的研究中，研究團隊發現新的涉及調控碳分配的基因GNAT19（General control nonrepressible 5-related N-acetyltransferase19）。在萊茵衣藻細胞內過量表達該基因，能夠使微藻細胞在缺氮條件下的生物量產量比對照提高70%以上，總碳水化合物與澱粉含量則提高1倍以上。據此推測CrGNAT19的表達可被油脂代謝通路中特定底物的上調表達所調控，在調節細胞碳流分配中起重要的調控作用（圖2）。CrGNAT19是目前已發現可用於增強微藻生物量產量的靶基因，在生物技術上應用潛力巨大。

相關研究結果分別以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，發表在Algal Research和Frontiers in Plant Science上。論文第一作者分別為黃麟飛、餘麗華（論文共同第一作者）和李中澤、曹黎（論文共同第一作者），論文共同通訊作者為研究員韓丹翔、高級實驗師袁麗。研究工作得到國家重點研發計劃、中科院重點部署項目和國家開發投資集團有限公司項目的資助。

圖1.萊茵衣藻GPAT1和LPAAT1結合和解離調控油脂合成機制示意圖

圖2.萊茵衣藻LPAAT1介導的碳流調控模式圖

來源：中國科學院水生生物研究所

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