高等植物和微藻能夠利用光能將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成淀粉等高能化合物,從而生產(chǎn)糧食和生物燃料。因此,高產(chǎn)淀粉細(xì)胞工廠的選育具有重要意義。目前,定量測定細(xì)胞中淀粉含量的方法通常包括破壞性的細(xì)胞處理過程、酶(或酸)介導(dǎo)的水解、水解產(chǎn)物的定量等多個環(huán)節(jié),不僅需要大量細(xì)胞,且操作步驟繁瑣、耗時耗力、成本較高,極大地限制了淀粉含量的高通量篩選。此外,傳統(tǒng)方法通常無法檢測自然界中大量存在的難培養(yǎng)微生物中的淀粉含量。
近日,中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞研究中心助理研究員籍月彤、碩士研究生何曰輝等利用該中心研制的活體單細(xì)胞拉曼分選儀原型機(Raman-activated Cell Sorter,RACS),通過單細(xì)胞拉曼光譜的快速采集和分析,發(fā)明了一種快速、非侵入性、不須標(biāo)記、以單個活體細(xì)胞為單位的淀粉定量檢測方法,為富含淀粉的種質(zhì)資源選育提供了一種嶄新手段。該工作發(fā)表在新一期的Biotechnology Journal上。
研究人員以478cm-1拉曼峰強度作為細(xì)胞淀粉含量的定量標(biāo)記對萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)以及工業(yè)常用藻株小球藻(Chlorella pyrenoidosa)進行了淀粉含量檢測,證明該方法與傳統(tǒng)試劑盒法測定結(jié)果相關(guān)系數(shù)(R2)達0.99。該方法無需破壁等繁瑣預(yù)處理,信號測量時間僅需兩秒,基本無耗材消耗,僅需個別細(xì)胞或納升級樣品。同時,該方法不需經(jīng)過細(xì)胞純化與培養(yǎng)環(huán)節(jié),能將微藻種質(zhì)淀粉含量篩選時間從幾天縮短至幾分鐘。此外,該方法還能對難培養(yǎng)微生物資源進行檢測并基于淀粉含量進行單細(xì)胞分選,從而極大地拓展了應(yīng)用空間。
上述研究得到了科技部合成生物學(xué)863項目和中科院“能源微藻生物煉制”創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃等支持,由徐健研究員和黃巍研究員共同主持完成,華東理工大學(xué)李元廣教授團隊也參與了該研究。
圖1、利用單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)在單個細(xì)胞精度定量監(jiān)測微藻產(chǎn)淀粉過程
原文鏈接:
Ji YT, He YH, et al, Raman spectroscopy provides a rapid, non-invasive method for quantitation of starch in live, unicellular microalgae. Biotechnology Journal, 2014. DOI: 10.1002/biot.201400165
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/biot.201400165/abstract
