Astaxanthin and eicosapentaenoic acid production by S4, a new mutant strain of Nannochloropsis gaditana
- 作者
- Michela Cecchin, Stefano Cazzaniga, Flavio Martini, Stefania Paltrinieri, Simone Bossi, Massimo E. Maffei, Matteo Ballottari
- 单位
- Dipartimento di Biotecnologie, Università degli Studi di Verona; Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi, Unità di Fisiologia Vegetale, Università di Torino
- 杂志
- Microbial Cell Factories（2022）
- DOI
- 10.1186/s12934-022-01847-9
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
商业虾青素和EPA生产依赖高成本、需胁迫诱导的物种（如雨生红球藻）或化学合成，缺乏低成本、可持续的微藻平台。
研究策略
通过EMS化学诱变构建微拟球藻突变体库，筛选类胡萝卜素/叶绿素比值升高的菌株，获得S4突变株，并对其进行生理生化、光合特性、脂质及酮类胡萝卜素积累分析、基因组测序和培养条件优化。
核心内容
该研究通过EMS化学诱变构建微拟球藻（Nannochloropsis gaditana）突变体库，筛选获得新型突变株S4，旨在开发无需胁迫诱导即可同时积累虾青素、角黄素和EPA的低成本微藻平台。对S4进行的生理生化、光合特性、脂质积累、基因组测序及培养条件优化表明，其类胡萝卜素与叶绿素比值较野生型提高约40%，叶绿素a含量每细胞减少约50%；虾青素占总类胡萝卜素比例由野生型的1.4%升至14.4%，角黄素占14.7%。在500 μmol m⁻² s⁻¹光照及添加葡萄糖条件下，酮类胡萝卜素产率达1.41 mg L⁻¹ day⁻¹，EPA产率达5.22 mg L⁻¹ day⁻¹，脂质含量较野生型提高87%，NPQ降低约30%。基因组测序发现199个SNP影响195个基因，其中类胡萝卜素加氧酶（Naga_100050g23）G720S及谷氨酸合酶（Naga_100005g23）P→S突变可能与表型相关。S4突变株在单一培养阶段即可实现酮类胡萝卜素与EPA的联产，简化了生产工艺，为食品、饲料及营养保健品工业提供了更具经济性的微藻生产平台。
创新点
获得新型Nannochloropsis gaditana突变株S4，在非胁迫单一培养阶段同时积累虾青素、角黄素和EPA，无需独立胁迫步骤；且酮类胡萝卜素可在温和条件下提取。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nannochloropsis gaditana | 类胡萝卜素生物合成途径 | Naga_100050g23 | 类胡萝卜素加氧酶 | 催化 | G720S氨基酸取代突变，可能改变类胡萝卜素裂解/修饰活性，导致酮类胡萝卜素积累 |
| Nannochloropsis gaditana | 氮同化与叶绿素/脂质代谢 | Naga_100005g23 | 谷氨酸合酶 | 催化 | 脯氨酸突变为丝氨酸，可能降低酶活性，影响氮代谢，进而降低叶绿素含量并增加脂质积累 |
关键发现
- S4菌株的类胡萝卜素/叶绿素比相比WT提高约40%
- 叶绿素a含量每细胞减少约50%（WT的51.4%）
- 虾青素占总类胡萝卜素比例从WT的1.4±0.6%增加到14.4±4.5%，角黄素占14.7±1.6%
- 在500 μmol m-2 s-1光照下（添加葡萄糖），酮类胡萝卜素产率最高达1.41 mg L-1 day-1，EPA产率最高达5.22 mg L-1 day-1
- 脂质含量（Nile red荧光）较WT提高87%
- NPQ较WT降低约30%
- 基因组测序共发现199个SNP影响195个基因，其中类胡萝卜素加氧酶（Naga_100050g23）G720S突变和谷氨酸合酶（Naga_100005g23）P→S突变可能与表型相关。
研究结论
S4突变株可作为同时生产酮类胡萝卜素（虾青素和角黄素）与EPA的新型微藻平台，适用于食品、饲料及营养保健品等工业应用，并可通过单一培养阶段降低生产成本。