《Scientific Reports》2015年10月7日在线(www.nature.com/articles/srep14936)刊登了北京大学工学院陈峰课题组的研究论文“Light attenuates lipid accumulation while enhancing cell proliferation and starch synthesis in the glucose-fed oleaginous microalga Chlorella zofingiensis”。该论文在小球藻混合培养机制中有重要新发现。

在光照及非光照情况下第2、4和8天小球藻培养液的颜色变化图

生长在葡萄糖培养基中小球藻在光照及非光照情况下细胞内油脂染色图

微藻在新能源领域和食品与生物工业中的应用极具前景，而高效培养方式是解决微藻产业化的瓶颈。多年来，人们试图通过对光生物反应器的设计优化，提高光合效率，从而增加微藻产量，但是效果并不显著。而某些微藻，如极具应用前景的小球藻，既能够通过光合作用生长，也可以利用有机碳源生长，尤其在富含有机物的环境中，小球藻的生长速率快于单纯光自养数倍，甚至数十倍。这种特性使微藻细胞的高密度培养成为可能。

生长在葡萄糖培养基中小球藻在光照及非光照情况下细胞油脂及淀粉含量随时间变化图

在葡萄糖环境下，光通过促进藻细胞分裂获得较高的生长速率，同时生物量的积累效率也高于异养（无光照），但是光照可以抑制与脂肪酸合成相关基因的表达，并诱导更多碳流向淀粉合成转化，从而降低细胞内油脂合成效率。该研究结果揭示了光照在小球藻高效混合培养中的双向效果及内在机制，为工程化培养小球藻提供理论依据。

此外，最近美国化学会（ACS）期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》刊登了陈峰课题组在微藻多不饱和脂肪酸合成调控方面的另一成果“Sesamol enhances cell growth and the biosynthesis and accumulation of docosahexaenoic acid in the microalga Crypthecodinium cohnii”（2015，63，5640-5645）。该研究创新性的利用抗氧化剂（芝麻酚）降低海洋微藻Crypthecodinium cohnii细胞中ROS水平，从而提高藻细胞密度及二十二碳六烯酸（DHA）的合成。该结果为微藻DHA工业的优化提供了新思路。

左图：隐甲藻DHA的可能生物合成途径；右图：在不同芝麻酚浓度作用下隐甲藻细胞尼罗红染色荧光（上）及白光（下）图

在上游藻种的分子遗传方面，陈峰课题组也取得了重要进展。微藻领域的权威杂志《Algal Research》近期报道了陈峰课题组的又一研究性论文“Development of a stable genetic system for Chlorella vulgaris—A promising green alga for CO2 biomitigation”（2015，12，134-141）。该研究通过分子遗传标记筛选，利用PEG转化法首次将报告基因——增强型绿色荧光蛋白（EGFP）基因导入到小球藻基因组中，成功建立了一套稳定有效的小球藻外源基因转化体系。该遗传体系的建立，可为今后通过分子改造技术提高小球藻的光合固碳能力、实质性的解决其光合效率的瓶颈问题提供良好的研究基础。同时，报告基因EGFP在活体藻细胞中的可见表达，亦为微藻细胞生物学领域的蛋白质亚细胞定位研究提供一定的思路及启示。

上述三项研究的第一作者分别为博士后陈天鹏，博士生刘宾及博士生杨博，通讯作者均为陈峰。该项目得到国家自然科学基金委项目、国家科技部“863”项目、国家海洋局公益项目及北京大学“985”项目的资助。

来源：北京大学工学院