工業產油微藻在缺氮脅迫下能大量合成油脂，這一應激反應是微藻能源的科學基礎之一。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心針對微擬球藻，構築了缺氮脅迫下蛋白質組動態模型，揭示了該應激過程的三個生理階段，為油脂代謝工程提供了新視角。研究成果發表於《生物燃料技術》（Biotechnology for Biofuels）。
工業產油微藻在氮脅迫下的油脂積累過程，一直受到學界與工業界的密切關注。前期青島能源所單細胞中心基於轉錄組和代謝物組構建了其機制模型（Plant Cell, 2014，DOI:10.1105/tpc.113.121418），然而，轉錄組層面和代謝物組層面的實驗數據存在著重要差異，無法完全用基因表達到代謝調控之間的延遲解釋。這是由於從轉錄到代謝物變化的過程中仍受到蛋白質層面的調控作用。
針對這一問題，研究人員發表了微擬球藻缺氮脅迫下時間系列的蛋白質組數據，結合相對應的轉錄組與代謝組數據，應用最新的統計分析方法，較為全面地揭示了細胞在缺氮脅迫下合成甘油三酯的過程特徵。研究人員發現，該過程可以分為三個階段。缺氮初期：此時細胞感受到了外界環境中氮元素的缺乏，但由於細胞內還有一定量的氮儲備，其代謝過程的變化不明顯。缺氮中期：這一階段細胞保存的氮已大致消耗完，需要通過蛋白質降解等方式來回收胺基酸中的氮，以維持細胞關鍵代謝過程的運轉，同時光合作用與脂質代謝等過程也受到了不同程度的影響。缺氮後期：細胞進一步提高蛋白質降解的速率，而三羧酸循環與油脂合成的速率大幅上調，光合作用速率雖有所下降但仍在工作。
這一修正後的模型更加精確地刻畫了缺氮產油過程，並進一步證明甘油三酯從頭合成對油脂積累起著主導作用，而膜脂回收僅佔脂質積累的一小部分。該模型為定向調控微藻代謝調控網絡以提升油脂產率提供了一系列新的策略與目標。
該研究由德國魯爾大學植物生物化學系和青島能源所單細胞中心合作完成，得到了中科院含碳氣體生物轉化項目、基金委中德中心等的支持。
工業微藻應激產油的蛋白質組動態規律