天然蝦青素是一種有效的天然抗氧化劑和安全的食品著色劑，在化妝品、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，雨生紅球藻是自然界中天然蝦青素積累最多的生物和可供人類食用的天然蝦青素主要來源。然而，雨生紅球藻生長速度慢，蝦青素產(chǎn)量低，限制了雨生紅球藻的規(guī)模化養(yǎng)殖與應(yīng)用。
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所研究員黃青課題組之前利用低溫等離子體誘變技術(shù)篩選出一株生長速度快、蝦青素高產(chǎn)的雨生紅球藻突變株M3。近期，課題組與中科院煙臺海岸帶研究所研究員秦松課題組合作，通過測量和比較藻株生長、光合作用效率、蝦青素產(chǎn)量、相關(guān)色素和脂肪酸代謝水平以及轉(zhuǎn)錄組學(xué)等揭示了強(qiáng)光脅迫條件下M3突變藻株高產(chǎn)蝦青素的相關(guān)機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際藻類期刊Algal Research。
課題組研究結(jié)果表明：強(qiáng)光脅迫條件下，M3突變株在碳固定和光保護(hù)方面優(yōu)于野生株。相較于野生株，強(qiáng)光脅迫誘導(dǎo)M3突變株中C4和景天酸代謝（CAM）途徑中磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（PEPC）基因表達(dá)上調(diào)，由此增加對大氣中二氧化碳固定，提高蘋果酸脫氫酶 （MDH）和蘋果酸酶 （ME）的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳再生和丙酮酸鹽（Pyruvate）的積累；再生二氧化碳經(jīng)過RuBisCO固定進(jìn)入C3途徑，合成3-磷酸甘油酸。此外，在M3突變體中，C3途徑中3-磷酸甘油醛脫氫酶（GADPH）基因表達(dá)上調(diào)和果糖-1,6-二磷酸酶（FBP）基因表達(dá)的下調(diào)，使得3-磷酸甘油醛（G3P）得到積累。丙酮酸鹽（Pyruvate）和3-磷酸甘油醛（G3P）是類胡蘿卜素和脂肪酸合成前體。脂肪酸含量結(jié)果說明M3藻株具有較高的脂肪酸積累，脂肪酸積累有利于蝦青素積累與儲存，說明M3藻株相較于野生株能高效地利用空氣中二氧化碳來合成蝦青素和脂肪。同時，強(qiáng)光脅迫提高了M3藻株的光呼吸途徑來增加類胡蘿卜素合成，進(jìn)而增加M3藻株中蝦青素及其它類胡蘿卜素如葉黃素和β-胡蘿卜素的積累并提高M(jìn)3藻株的光保護(hù)作用，而一般野生藻株在蝦青素產(chǎn)量不足的條件下主要是通過非光化學(xué)淬滅（NPQ）機(jī)制來抵御光氧化損傷。
該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
強(qiáng)光誘導(dǎo)M3藻株高產(chǎn)蝦青素機(jī)制圖
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