A Mutant of the Green Alga Dunaliella salina Constitutively Accumulates Zeaxanthin Under All Growth Conditions
- 作者
- EonSeon Jin, Brian Feth, Anastasios Melis
- 单位
- Department of Plant and Microbial Biology, 111 Koshland Hall, University of California, Berkeley, California 94720-3102
- 杂志
- Biotechnology and Bioengineering（2003）
- DOI
- 10.1002/bit.10459
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
获得能组成型积累高价值玉米黄质的杜氏盐藻突变体，并评估其生理特性和商业应用潜力
研究策略
通过EMS化学诱变筛选杜氏盐藻色素突变体，利用HPLC分析色素组成，比较突变体与野生型的光合效率和生长特性，并探讨突变位点（zeaxanthin epoxidase缺陷）
核心内容
该研究通过EMS化学诱变筛选出杜氏盐藻的玉米黄质环氧酶缺陷突变体zea1，并系统分析了其色素组成、光合特性及生长表现。HPLC结果显示，zea1突变体在所有生长条件下均组成型积累玉米黄质，且完全不含新黄质、紫黄质和花药黄质等环氧类胡萝卜素；低光下其玉米黄质含量达6 mg/g干重，约为野生型的30倍，而总类胡萝卜素和叶绿素水平与野生型相当。光合生理测定表明，突变体与野生型的量子产率均为0.31，光合能力甚至略高，说明缺失环氧类胡萝卜素并未损害光合功能或细胞生长；在低光转高光适应过程中，突变体去环氧化状态始终维持100%，而野生型需约6小时才能从30%升至90%。该研究首次证实杜氏盐藻中玉米黄质环氧酶的缺失可导致玉米黄质组成型积累，且不伴随生理代价，为利用该突变体进行玉米黄质的商业化规模生产提供了可行依据。
创新点
['首次分离得到杜氏盐藻zeaxanthin epoxidase缺陷突变体zea1，该突变体在所有生长条件下组成型积累玉米黄质而不含新黄质、紫黄质和花药黄质', '证明缺乏环氧类胡萝卜素不影响光合作用和细胞生长，Z可定量替代N、V、A', '评估了利用该突变体商业化生产玉米黄质的可行性']
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dunaliella salina | 类胡萝卜素生物合成（β分支/叶黄素循环） | zeaxanthin epoxidase (ZEP) | zeaxanthin epoxidase (玉米黄质环氧酶) | 催化 | 突变体zea1中该酶功能缺陷，导致玉米黄质无法环氧化为花药黄质和紫黄质，从而组成型积累玉米黄质 |
关键发现
- 在低光生长条件下，zea1突变体玉米黄质含量为6 mg/g干重（8×10^-16 mol/细胞），而野生型仅为0.2 mg/g干重（0.5×10^-16 mol/细胞）
- 突变体不含N、V、A，总类胡萝卜素和叶绿素含量与野生型相当
- 突变体与野生型的光合量子产率均为0.31，光合能力Pmax分别为113和81 mmol O2 (mol Chl)^-1 s^-1
- LL→HL转变后，突变体去环氧化状态始终为100%，而野生型从30%升至90%约需6小时。
研究结论
zea1突变体因zeaxanthin epoxidase缺陷导致玉米黄质环氧反应受阻，从而组成型积累玉米黄质，但这一改变不影响杜氏盐藻的光合作用、生长和光适应能力，该突变体有望用于商业化生产玉米黄质。