基于代谢组学分析斜生栅藻响应氮胁迫的产油分子机制研究

成果名称：基于代谢组学分析斜生栅藻响应氮胁迫的产油分子机制研究

成果完成单位：河西学院

成果完成人：王丽娟;郑天翔;杨宋琪;杨生辉;罗光宏;杨傅慧

所属行业：农、林、牧、渔业

成果登记号：9622022J0135

成果简介：

①.课题来源与背景
本项目是甘肃省科学技术厅于2020年下达的甘肃省科技厅创新基地和人才计划-省青年科技基金计划项目，《基于代谢组学分析斜生栅藻响应氮胁迫的产油分子机制研究》，项目编号：20JR5RE646，起止年限:2020.11-2022.10。依托单位河西学院，甘肃凯源生物技术开发中心（甘肃省微藻工程技术研究中心）。
随着世界经济的快速发展，化石能源的消耗和价格急剧攀升，能源短缺问题已日益凸显，对生物质能等可再生能源的开发和利用已成为世界各国广泛关注的热点。生物柴油是新型"绿色能源"，具有可再生和环境保护的双重功效，符合国家"十三五"规划节能减排和低碳经济发展的战略需求。与传统的生物柴油原料相比，微藻具有极高的光能利用率和产油效率，并且其环境适应力强、生长周期短、生物量高、在生长过程中不仅可以利用废水中的氮、磷等营养成分，还可用于处理工业废气中的二氧化碳等。因此利用微藻取代传统的油料作物进行生物柴油的生产具有重要的战略意义。影响微藻进行生物柴油商业化生产的重要因素之一是能否获得生长快、油脂含量高且脂肪酸组分优化的藻种。目前除了筛选新的天然藻种外，对现有藻种进行遗传工程改造，进而提高藻类油脂含量和改变油脂组成是获得优势藻种的重要手段。而深入了解微藻的油脂代谢是对微藻进行遗传改造的前提和基础，
②.研究目的与意义
本项目以提高富油藻种产油性能为目的，拟采用代谢组学的研究策略，对斜生栅藻在氮限制下的代谢物进行定性定量分析，建立其代谢物的UPLC-MS谱库，并从代谢组学的角度系统研究该体系下代谢物和油脂含量的关系，对其代谢网络中重要的代谢产物进行分析，从生物学角度解释氮限制下其油脂积累的代谢机制。以期为现代生物工程构建高产油藻种、低成本微藻油脂生产技术研发等提供理论依据。③.主要论点与依据
通过氮胁迫的培养调控方法是目前提高微藻细胞油脂产率最有效的方法。在氮限制时，蛋白核小球藻油脂含量增加，隐甲藻的油脂和DHA含量升高，球等金鞭藻在硝酸钠浓度降低时，PUFAs、EPA和DHA含量均升高。微拟球藻在无氮环境下油脂含量可以由30.9%激增到60%；微球藻在硝酸钾浓度从9.9mM降至0.9mM时，油脂含量增加21.6%。因此，缺氮是启动脂肪合成使用最重要的影响因子，也是使用最广泛的手段。
④.创见与创新
采用代谢组学策略研究微藻对环境诱导前后的所有小分子代谢产物，并对其进行定性、定量分析，找出代谢表型变化的规律，与传统藻类生化研究有很大的不同。它不再以分析微藻细胞中的某一个单一成分为研究目的，而是从整体出发，系统的、全面的研究微藻中的所有小分子物质，并研究其随环境诱导的变化关系。依靠这种创新性方法研究策略，阐明环境诱导对微藻代谢网络的调控机制，是深入认识富油藻种物质与能量代谢的科学基础，为通过基因工程和系统生物学手段改造微藻的相关研究提供重要科学依据，并对实现多学科技术的渗透交融具有重要意义。
⑤.社会经济效益、存在的问题
本项目的大力实施能满足低碳经济发展的战略需求，推动张掖经济的发展。填补张掖市高科技产业在微藻生物柴油领域的空白，展示科技成果惠及民生的社会效益。存在的问题：本项目主要以优化斜生栅藻的高油脂产率培养条件和氮胁迫下其代谢组学研究为主，由于代谢组学部分需要委托第三方检测，因而导致项目执行成本较高。受经费限制，我们降低了样本处理组数，可能对斜生栅藻在氮胁迫下差异性代谢物的筛选不够细致，不够全面。
⑥.历年获奖情况
无