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蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）是一种新资源食品,蛋白含量高,氨基酸种类齐全。然而,必需氨基酸中含硫氨基酸（甲硫氨酸+半胱氨酸）含量较低。因此,提高含硫氨基酸含量有助于改善蛋白核小球藻蛋白品质和开发蛋白及必需氨基酸营养均衡的优质微藻食品。籽粒苋（Amaranthus hypochondriacus L.）是一年生粮、饲、菜兼用型作物,种子蛋白质含量高、营养丰富。源于籽粒苋成熟种子的AMA1蛋白营养均衡,富含8种人体必需氨基酸,且未现人体过敏反应,是一种优质贮藏蛋白。本文从籽粒苋发育种子分离编码优质贮藏蛋白的AhAMA1基因,检测其时空表达谱。应用生物信息学工具系统分析AhAMA1蛋白理化特性及系统进化。构建AhAMA1基因植物组成型表达载体,通过基因枪法对蛋白核小球藻进行遗传转化,以期筛选培育蛋白质和必需氨基酸含量高且均衡的蛋白核小球藻优质株系。此外,采用农杆菌（Agrobacterium）介导渗透侵染法在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）叶组织瞬时表达AhAMA1,检测其对烟叶组织蛋白质、油脂、淀粉含量等生理生化性状的影响,以评估AhAMA1基因是否可用于改良生物量大的植物营养器官蛋白含量和营养品质。主要研究结果如下:1、采用同源克隆技术,从籽粒苋种质材料（A.hypochondriacus L.cv.SX-04）发育种子分离到AhAMA1基因的ORF序列（915 bp）。AhAMA1编码304个氨基酸组成的蛋白,其分子量为34.96 kD,理论等电点pI=6.65。二级结构预测和3D结构模拟显示该蛋白由α螺旋（11.51%）,伸展链（36.18%）,β转角（4.93%）和无规则卷曲（47.37%）组成,为同型二聚体。2、定量表达谱检测揭示AhAMA1基因在根、茎、叶和种子等器官组织都有表达,主要在籽粒苋发育种子后期高表达,与籽粒苋种子蛋白质快速富集期相吻合。3、成功构建了植物组成型表达载体AhAMA1-GFP-pBI121,该载体含有卡那霉素抗性基因筛选标记,以及GUS和GFP报告基因。4、以本氏烟草为受体,采用农杆菌介导渗透侵染法,获得AhAMA1基因瞬时表达的烟叶转化体。烟叶生化测试显示,AhAMA1瞬时表达的烟叶蛋白质含量显著提高,达22.39%（w/w）,是野生型烟草叶片蛋白含量的2倍,而且8种必需氨基酸含量均衡增加。油脂和淀粉含量在靶基因瞬时表达烟叶和野生型烟叶间无显著差异。这表明AhAMA1基因可用于在异源宿主组织中高效表达,促进优质贮藏蛋白合成积累,进而改良高生物量植物营养器官的营养品质。5、经纯化培养和18S rDNA检测,确定实验用蛋白核小球藻的藻株为FACHB-09。依据蛋白核小球藻生物量,评估不同培养条件及因素对藻株FACHB-09生长的影响,建立了藻株FACHB-09优化培养条件和参数,包括LED暖白光（光暗比12 h/12 h）、温度30℃、光照强度4000 Lx、起始pH=8等。NaNO3作为氮源且全氮培养时效果最佳,藻细胞日生长量高达0.78 g·L-1。6、确定了用于蛋白核小球藻藻株FACHB-09阳性转化株筛选的卡那霉素浓度(1000μg·mL-1)。利用基因枪法将AhAMA1-GFP-pBI121载体导入藻株FACHB-09细胞,获得稳定的转化株系。DNA和RNA分子检测及报告基因分析显示,AhAMA1基因成功整合到蛋白核小球藻FACHB-09基因组中并有效表达。7、比较分析野生型和转基因蛋白核小球藻FACHB-09藻细胞形态,生物量和蛋白含量等指标,结果显示籽粒苋AhAMA1基因的导入及表达对蛋白核小球藻FACHB-09藻细胞形态、生物量、油脂及淀粉含量未产生显著影响。但是,转基因藻株蛋白含量高达55.94%,比野生型藻株提高了45.98%。转基因蛋白核小球藻FACHB-09藻粉8种必需氨基酸即异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸比野生型藻细胞分别增长了32%、47%、42%、62%、31%、14%、18%和25%。这说明源于高等植物籽粒苋的优质贮藏蛋白AhAMA1基因可以用于单细胞蛋白核小球藻的遗传改良,显著提高蛋白核小球藻的营养品质。总之,本研究分离获得籽粒苋优质贮藏蛋白AhAMA1基因,并通过烟草异源瞬时表达鉴定了该基因的功能。应用基因工程将AhAMA1基因成功导入蛋白核小球藻,培育获得了蛋白含量高且8种人体必需氨基酸均衡增加的优质蛋白核小球藻工程株系,为微藻功能性高端食品开发提供理论依据和优异种质。