青島能源所微藻產油遺傳機理和進化機制研究取得新進展

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所在微藻產油的遺傳和進化機制研究方面取得新進展。研究人員以微擬球藻為模式生物，較為系統地闡明了高產油性狀的遺傳基礎及進化機制，為高產油藻的篩選和育種提供了堅實基礎和嶄新思路。相關成果已于2014年1月9日在線發表于PLoS Genetics。

　　自然界中一些光合微藻產油高、生長速度快、環境適應性強，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，目前對其高產油遺傳與進化機制尚不清楚。

　　微擬球藻是一種在海洋中廣泛分布，且在世界各地均可規模培養的野生高產油藻。青島能源所單細胞研究中心功能基因組團隊王冬梅、寧康和博士研究生李敬等通過對分屬五個種系的六個微擬球藻藻株的基因組解析和比較，發現在脂肪酸合成和甘油三酯(TAG)組裝途徑上的多個關鍵功能酶基因的拷貝數顯著增多(gene dose expansion)，且這種特定代謝節點的基因數膨脹在不同微擬球藻藻株中普遍存在。這構成了微擬球藻高效合成TAG的遺傳基礎(圖A)。

　　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酰基轉移酶(DGAT)，該酶催化TAG合成途徑的最后一個步驟。在排除基因水平轉移、基因重復、基因轉座等可能原因后，研究人員發現在11個DGAT-2基因中，有一個基因來源于二次共生中的紅藻共生體，四個來源于二次共生的綠藻共生體，而其他六個基因可能來源于二次共生中的真核宿主細胞(圖B)。此外，相當比例(15.3%)的TAG合成相關基因可能最初來源于細菌，并經基因水平轉移進入海洋微擬球藻基因組。因此，微擬球藻強有力的產油機制源自于二次共生中多基因組融合和細菌來源的水平基因轉移，并得益于產油關鍵基因在各個進化株系的并行穩定遺傳。

　　該研究是在國家基金委重大國際合作項目和中科院創新團隊國際合作伙伴計劃等支持下，由青島能源所單細胞中心主任徐健研究員主持完成的，美國亞利桑那州立大學教授胡強和馬里蘭大學教授陳峰等也參與了該研究。

微擬球藻中TAG合成途徑上的基因數膨脹及其進化來源