近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所在微藻產(chǎn)油的遺傳和進(jìn)化機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。研究人員以微擬球藻為模式生物，較為系統(tǒng)地闡明了高產(chǎn)油性狀的遺傳基礎(chǔ)及進(jìn)化機(jī)制，為高產(chǎn)油藻的篩選和育種提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和嶄新思路。相關(guān)成果已于1月9日在線(xiàn)發(fā)表于PLoS Genetics。
自然界中一些光合微藻產(chǎn)油高、生長(zhǎng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，并可在邊際土地上用海水或廢水栽培，因此作為一種新型生物柴油作物受到廣泛重視。然而，目前對(duì)其高產(chǎn)油遺傳與進(jìn)化機(jī)制尚不清楚。
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。青島能源所單細(xì)胞研究中心功能基因組團(tuán)隊(duì)王冬梅博士，寧康博士和博士研究生李敬等通過(guò)對(duì)分屬五個(gè)種系的六個(gè)微擬球藻藻株的基因組解析和比較，發(fā)現(xiàn)在脂肪酸合成和甘油三酯（TAG）組裝途徑上的多個(gè)關(guān)鍵功能酶基因的拷貝數(shù)顯著增多（gene dose expansion），且這種特定代謝節(jié)點(diǎn)的基因數(shù)膨脹在不同微擬球藻藻株中普遍存在。這構(gòu)成了微擬球藻高效合成TAG的遺傳基礎(chǔ)（圖1A）。
其中，海洋微擬球藻（Nannochloropsis oceanica）攜帶有已知基因組中最多的二脂酰甘油?；D(zhuǎn)移酶（DGAT），該酶催化TAG合成途徑的最后一個(gè)步驟。在排除基因水平轉(zhuǎn)移、基因重復(fù)、基因轉(zhuǎn)座等可能原因后，研究人員發(fā)現(xiàn)在11個(gè)DGAT-2基因中，有一個(gè)基因來(lái)源于二次共生中的紅藻共生體，四個(gè)來(lái)源于二次共生的綠藻共生體，而其他六個(gè)基因可能來(lái)源于二次共生中的真核宿主細(xì)胞（圖1B）。此外，相當(dāng)比例（15.3%）的TAG合成相關(guān)基因可能最初來(lái)源于細(xì)菌，并經(jīng)基因水平轉(zhuǎn)移進(jìn)入海洋微擬球藻基因組。因此，微擬球藻強(qiáng)有力的產(chǎn)油機(jī)制源自于二次共生中多基因組融合和細(xì)菌來(lái)源的水平基因轉(zhuǎn)移，并得益于產(chǎn)油關(guān)鍵基因在各個(gè)進(jìn)化株系的并行穩(wěn)定遺傳。
該研究是在國(guó)家基金委重大國(guó)際合作項(xiàng)目和中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃等支持下，由青島能源所單細(xì)胞中心主任徐健研究員主持完成的，美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)胡強(qiáng)教授和馬里蘭大學(xué)陳峰教授等也參與了該研究。
（單細(xì)胞研究中心供稿）
圖1. 微擬球藻中TAG合成途徑上的基因數(shù)膨脹以及其進(jìn)化來(lái)源。
原文鏈接: Nannochloropsis Genomes Reveal Evolution of Microalgal Oleaginous Traits; http://www.plosgenetics.org/doi/pgen.1004094
