微藻被認為是液體生物燃料生產(chǎn)的有希望的候選對象生產製造，研究發(fā)現(xiàn)Tribonema sp.（黃絲藻）在光自養(yǎng)條件下能大量積累脂質(zhì)，還能夠利用葡萄糖作為碳源攜手共進，是生物柴油生產(chǎn)的jia油源微藻之一共同。但異養(yǎng)模式會明顯降低脂質(zhì)含量，因此高質量，確定脂質(zhì)積累和發(fā)育的機制是十分必要的充分發揮。測定光自養(yǎng)和異養(yǎng)生長之間代謝途徑的差異，將為改善異養(yǎng)細胞的脂質(zhì)積累提供目標(biāo)和策略管理。

比較光自養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)小型黃絲藻細胞的生長設計、生化成分、轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)特征改進措施，研究其代謝差異就此掀開。在比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)研究的基礎(chǔ)上，建立了一個在光自養(yǎng)和異養(yǎng)生長條件下中樞碳代謝和脂質(zhì)生物合成途徑變化的模型今年。此外穩步前行，還分析了外源關(guān)鍵代謝中間體的補充對異養(yǎng)培養(yǎng)中脂質(zhì)積累的具體影響。

研究結(jié)果

1.光自養(yǎng)和異養(yǎng)條件下小型黃絲藻的生長及生化成分積累的比較

小型黃絲藻細胞在生物反應(yīng)器進行光自養(yǎng)和異養(yǎng)條件培養(yǎng)動手能力，統(tǒng)計分析隨培養(yǎng)時間增長黃絲藻的生物干重以及脂質(zhì)逐步改善、蛋白質(zhì)、碳水化合物占干重的百分比提升。統(tǒng)計結(jié)果表明大大提高，在光自養(yǎng)條件下，碳水化合物的生物合成大大降低應用前景。作者還測量了在不同生長階段的小型黃絲藻細胞的色素濃度有很大提升空間，以評估不同培養(yǎng)模式的影響。

圖1 小型黃絲藻在光自養(yǎng)和異養(yǎng)條件下的生長和生化組成積累

2.RNA-seq及碳代謝和脂質(zhì)生物合成相關(guān)基因表達的差異

為了鑒定脂質(zhì)積累期間發(fā)生的轉(zhuǎn)錄組學(xué)變化首次，使用光合自養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)物的樣品進行RNA-seq分析可能性更大。轉(zhuǎn)錄組拼接產(chǎn)生了58,211個轉(zhuǎn)錄本部署安排，并對獲得轉(zhuǎn)錄本進行NR蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫注釋（圖2a）和基因本體論（GO）注釋統(tǒng)計（圖2b）。差異分析結(jié)果表明技術，與光合自養(yǎng)細胞相比推廣開來，異養(yǎng)細胞中有1032個上調(diào)基因和1442個下調(diào)基因。在這些基因中相對較高，進一步分析了與碳代謝和脂肪酸和三踬Y源配置；视蜕锖铣上嚓P(guān)的差異表達的基因（DEG）及參與的生化途徑。結(jié)果揭示了異養(yǎng)細胞中強烈上調(diào)的基因參與糖原異生和TCA循環(huán)相關，而參與糖酵解大力發展，丙酮酸代謝和脂肪酸生物合成的基因被下調(diào)。此外生產效率，這些數(shù)據(jù)還揭示了補充碳前體對于在異養(yǎng)條件下小型黃絲藻細胞增加脂質(zhì)積累的重要性建言直達。

圖2 RNA-seq 轉(zhuǎn)錄本的NR數(shù)據(jù)庫和GO數(shù)據(jù)庫注釋統(tǒng)計

3. 光自養(yǎng)和異養(yǎng)條件下小型黃絲藻的代謝組學(xué)分析

通過LC-MS檢測所有樣品中存在的總共216種一級和二級藻類細胞內(nèi)代謝物。隨后將進一步，作者構(gòu)建了傳統(tǒng)的主坐標(biāo)分析（OPLS-DA）模型充分發揮，以研究代謝物水平與培養(yǎng)條件之間的相關(guān)性。模型結(jié)果顯示成就，兩個模型在兩組之間的（X軸）方向上顯示出明顯的簇重要方式，表明異養(yǎng)培養(yǎng)是造成代謝譜之間的大部分差異的原因（圖3a）。PLS-DA模型的相應(yīng)加載圖系統，鑒定負責(zé)觀察到的分離的代謝物（圖3b）非常重要。不同培養(yǎng)模式顯著地影響34種鑒定到的代謝物（13種氨基酸，2種糖空間廣闊，7種脂質(zhì)和12種其他物質(zhì)）高品質。

圖3 光自養(yǎng)和異養(yǎng)條件下小型黃絲藻的代謝產(chǎn)物的PCA分析

4. 異養(yǎng)條件下轉(zhuǎn)錄組和代謝組的變化

基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)，代謝物分析和生化數(shù)據(jù)支撐能力，作者提出了在異養(yǎng)條件下脂質(zhì)生物合成的簡化碳前體方案（圖4）資源優勢。該方案合理清楚地顯示了從葡萄糖到不同代謝途徑的碳前體的流程，主要是糖酵解/糖異生途徑特征更加明顯，TCA循環(huán)和脂肪酸生物合成估算。 簡言之，參與糖酵解的可能性，脂肪酸和TAG生物合成的關(guān)鍵酶被下調(diào)不要畏懼，而涉及糖異生的關(guān)鍵酶在異養(yǎng)條件下被上調(diào)。盡管異養(yǎng)條件下的大多數(shù)關(guān)鍵代謝物與光合自養(yǎng)條件下的代謝物沒有顯著差異問題，但代謝組學(xué)數(shù)據(jù)顯示逐漸顯現，參與糖酵解/糖異生的兩種關(guān)鍵代謝物的水平升高，而參與TCA循環(huán)和脂肪酸生物合成的幾種代謝物呈現(xiàn)低豐度系統穩定性。

圖4 小型黃絲藻的中樞碳代謝通路調(diào)控模型及和脂質(zhì)生物合成方案

5. 異養(yǎng)條件下潛在代謝物對生物量和脂質(zhì)積累的影響

為了確定代謝物標(biāo)志物是否會增加小型黃絲藻體內(nèi)脂質(zhì)的積累拓展基地，根據(jù)轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析集中展示，以不同濃度提供六種潛在代謝物（半乳糖醇，*體系流動性，N-甲基酪胺探索創新，檸檬酸鹽多元化服務體系，琥珀酸鹽和棕櫚酸鉀）進行了分析行業內卷。比如圖便利性，b顯示了在異養(yǎng)條件下補充2種糖（*和衛(wèi)矛醇）對小型黃絲藻的生物量和脂質(zhì)積累的影響喜愛。*補充劑不會引起異養(yǎng)培養(yǎng)物中小型黃絲藻的生長和脂質(zhì)積累的顯著變化。如圖5c表明隨著N-甲基酪胺濃度的增加小型黃絲藻的生物量和脂質(zhì)積累略有增加占，而圖5e表明棕櫚酸鉀是一個有效的觸發(fā)器不斷完善，促進異養(yǎng)培養(yǎng)下小型黃絲藻細胞內(nèi)脂肪積累進一步推進。

圖5 六種潛在代謝物標(biāo)記物對異養(yǎng)條件下小型黃絲藻的生物量和脂質(zhì)積累的影響

結(jié)論

小型黃絲藻細胞中求得平衡，碳前體供應(yīng)不足導(dǎo)致異養(yǎng)培養(yǎng)過程中脂質(zhì)積累水平較低好宣講。根據(jù)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，適當(dāng)補充碳代謝物可促進脂質(zhì)積累領先水平。此外，還通過組學(xué)分析確定了基因調(diào)控代謝靶點雙重提升。