Enhancement of Lutein Production in Chlorella sorokiniana (Chorophyta) by Improvement of Culture Conditions and Random Mutagenesis
- 作者
- Baldo F. Cordero, Irina Obraztsova, Inmaculada Couso, Rosa Leon, Maria Angeles Vargas, Herminia Rodriguez
- 单位
- Institute of Plant Biochemistry and Photosynthesis, CIC Cartuja, University of Seville and CSIC; Department of Chemistry, Experimental Sciences Faculty, University of Huelva
- 杂志
- Marine Drugs（2011）
- DOI
- 10.3390/md9091607
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何提高微藻叶黄素产量，包括筛选高产藻株、优化培养条件和获得高产突变体。
研究策略
从13种绿藻中筛选出Chlorella sorokiniana作为叶黄素生产藻株；系统优化光照、温度、NaCl、硝酸盐和碳源（乙酸、葡萄糖）等培养条件；随后利用化学诱变剂MNNG进行随机诱变，以类胡萝卜素合成抑制剂烟碱和达草灭抗性为初筛标记，结合生长速率和叶黄素含量筛选高产突变体。
核心内容
该研究以微藻叶黄素产量提升为目标，从13种绿藻中筛选出Chlorella sorokiniana作为高产候选藻株，其初始叶黄素含量为24 mg/L，比生长速率为0.11 h⁻¹。通过系统优化培养条件，确定最佳参数为690 μmol photons m⁻² s⁻¹光照、28°C、2 mM NaCl、40 mM硝酸盐及混养模式；混养添加葡萄糖使叶黄素体积含量达35.0 mg/L，添加40 mM乙酸使细胞含量达5.2 mg/g DW。随后利用化学诱变剂MNNG进行随机诱变，以类胡萝卜素合成抑制剂烟碱和达草灭抗性为初筛标记，结合生长速率和叶黄素含量筛选突变体。获得的突变体MR-16（烟碱抗性）叶黄素体积含量达42.0 mg/L，为野生型的2.0倍，且生长速率（0.12 h⁻¹）与野生型相近；突变体DMR-5和DMR-8（达草灭抗性）细胞叶黄素含量达7.0 mg/g DW，较野生型提高53–55%。研究证实C. sorokiniana是商业化叶黄素生产的优良候选藻株，通过培养条件优化与随机诱变结合可显著提升产量，具备工业应用潜力。
创新点
首次通过随机诱变获得叶黄素含量高且生长速率不降低的C. sorokiniana突变体；优化条件下叶黄素体积含量达42.0 mg/L，细胞含量达7.0 mg/g DW，高于已报道的其他微藻。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Chlorella sorokiniana | 叶黄素生物合成（类胡萝卜素合成途径） | — | 番茄红素β-环化酶 | 催化 | 受烟碱抑制，突变体MR-16等对该抑制剂抗性可能源于此酶变异或表达增强 |
| Chlorella sorokiniana | 叶黄素生物合成（类胡萝卜素合成途径） | — | 八氢番茄红素脱饱和酶 | 催化 | 受达草灭（norflurazon）抑制，达草灭抗性突变体DMR-5和DMR-8与此酶相关 |
关键发现
- 从13种微藻中筛选出C. sorokiniana，其叶黄素含量为24 mg/L，比生长速率为0.11 h^-1。最佳培养条件为690 μmol photons m^-2 s^-1、28°C、2 mM NaCl、40 mM硝酸盐及混养条件
- 混养添加葡萄糖时叶黄素体积含量达35.0 mg/L，添加40 mM乙酸时细胞叶黄素含量达5.2 mg/g DW。随机诱变后，突变体MR-16（烟碱抗性）的叶黄素体积含量达42.0 mg/L，为野生型的2.0倍，细胞含量为5.0 mg/g DW
- 突变体DMR-5和DMR-8（达草灭抗性）的细胞叶黄素含量达7.0 mg/g DW，较野生型提高53-55%。MR-16的生长速率（0.12 h^-1）与野生型（0.11 h^-1）相近或略高。
研究结论
Chlorella sorokiniana是商业生产叶黄素的优良候选微藻，通过优化培养条件和随机诱变可显著提高其叶黄素产量，具有工业应用潜力。