Production of eicosapentaenoic acid by application of a delta-6 desaturase with the highest ALA catalytic activity in algae

作者: Haisu Shi, Xue Luo, Rina Wu, Xiqing Yue
杂志: Microbial Cell Factories（2018）
DOI: 10.1186/s12934-018-0857-3
所属领域: 代谢工程
关键词: Delta 6 fatty acid desaturaseEicosapentaenoic acidPerilla seed meal
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解决的核心问题

杜氏盐藻（Dunaliella salina）富含α-亚麻酸（ALA）但二十碳五烯酸（EPA）含量低，需要提高其EPA产量。

研究策略

将来源于三角褐指藻（Thalassiosira pseudonana）且对ALA具有高催化活性的delta-6脂肪酸脱饱和酶基因（TpFADS6）在杜氏盐藻中过表达，并结合肌醇（MI）、CO2通气、低温和紫苏籽粕（PeSM）添加等培养策略促进EPA积累。

研究路线图

100%

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核心内容

本研究针对杜氏盐藻中α-亚麻酸含量高但二十碳五烯酸（EPA）积累不足的问题，将来源于三角褐指藻、对ALA具有高催化活性的delta-6脂肪酸脱饱和酶基因TpFADS6在杜氏盐藻中进行过表达，并结合肌醇添加、CO2通气、低温胁迫及紫苏籽粕补充等培养策略，系统优化EPA的生物合成。结果显示，过表达TpFADS6的转化子EPA产量由野生型的1.6 mg/L提升至21.3 mg/L，占总脂肪酸比例达28.12%；添加500 mg/L肌醇后产量进一步提高至91.3 mg/L；结合12% CO2通气及碳氮源补加，产量达到192.9 mg/L；在8°C低温下EPA占比升至41.12%；最终联合添加4 g/L紫苏籽粕使EPA产量达到554.3 mg/L，较野生型提高343.8倍，占比提升25倍。此外，酵母异源表达证实TpFADS6对ALA和LA的转化率分别达89.0%和70.4%，显著优于杜氏盐藻内源DsFADS6仅能催化LA的特性。该研究首次在杜氏盐藻中通过ω-3途径实现EPA高效合成，证明该藻经代谢工程与培养优化后具备替代传统来源进行EPA规模化生产的潜力。

创新点

首次在杜氏盐藻中通过ω-3途径实现EPA的生物合成；利用TpFADS6的高ALA催化活性；结合多种培养优化策略显著提高EPA产量。

研究对象（5）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Dunaliella salina	ω-3多不饱和脂肪酸合成途径	TpFADS6	Delta-6脂肪酸脱饱和酶	催化	来自三角褐指藻，对ALA具有高催化活性，在杜氏盐藻中过表达以促进EPA合成
Dunaliella salina	ω-3多不饱和脂肪酸合成途径	DsFADS6	Delta-6脂肪酸脱饱和酶	催化	杜氏盐藻内源酶，仅催化LA转化为GLA，对ALA无活性
Saccharomyces cerevisiae	多不饱和脂肪酸合成途径	TpFADS6	Delta-6脂肪酸脱饱和酶	催化	在酵母中异源表达用于底物特异性分析
Saccharomyces cerevisiae	多不饱和脂肪酸合成途径	DsFADS6	Delta-6脂肪酸脱饱和酶	催化	在酵母中异源表达用于底物特异性分析
Dunaliella salina	ω-3多不饱和脂肪酸合成途径	—	DsFADS15	催化	低温（8°C）下催化活性增强，促进LA转化为ALA

关键发现

野生型D. salina中EPA产量为1.6 mg/L，EPA占TFA的1.91%。过表达TpFADS6后，Ds-TpFADS6-8转化子的EPA产量达到21.3±1.5 mg/L，EPA占TFA达28.12%。添加500 mg/L肌醇后，EPA产量提高至91.3±11.6 mg/L。结合12% CO2通气及葡萄糖/KNO3添加，EPA产量达到192.9±25.7 mg/L。在8°C低温下，ALA积累最佳，EPA百分比达到41.12±4.78%。进一步添加4 g/L紫苏籽粕后，EPA产量达到554.3±95.6 mg/L，EPA产量和百分比分别比野生型提高343.8倍和25倍。此外，DsFADS6在酵母中仅催化LA（转化率24.3%），而TpFADS6催化LA和ALA的转化率分别为70.4%和89.0%。

研究结论

通过在杜氏盐藻中过表达TpFADS6，并综合运用MI、CO2、低温和PeSM等策略，大幅提高了EPA产量，证明杜氏盐藻可作为EPA大规模生产的潜在替代来源。