【摘 要】
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微藻作为光合自养微生物,能够吸收CO2并积累淀粉,在制取生物乙醇等生物燃料方面有潜在的应用前景.海洋微藻亚心形四爿藻在缺氮和缺硫条件下能够积累大量淀粉,淀粉含量分别达到干重的54％和62％,但其积累机制并不清楚.利用微柱液相色谱一串联质谱联用系统(μHPLC/MS/MS),以三重稳定同位素二甲基标记为定量方法,检测亚心形四爿藻在缺N和缺S 12h、24 h和48 h下与正常培养的细胞在蛋白质水平上
【机 构】
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中国科学院大连化学物理研究所海洋生物工程组,辽宁大连 中国科学院大连化学物理研究所国家色谱研究分析
【出 处】
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2016年工业生物过程优化与控制研讨会
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微藻作为光合自养微生物,能够吸收CO2并积累淀粉,在制取生物乙醇等生物燃料方面有潜在的应用前景.海洋微藻亚心形四爿藻在缺氮和缺硫条件下能够积累大量淀粉,淀粉含量分别达到干重的54％和62％,但其积累机制并不清楚.利用微柱液相色谱一串联质谱联用系统(μHPLC/MS/MS),以三重稳定同位素二甲基标记为定量方法,检测亚心形四爿藻在缺N和缺S 12h、24 h和48 h下与正常培养的细胞在蛋白质水平上的差异,在12h、24 h和48 h分别鉴定到1657、1506和1 107个蛋白；对差异表达蛋白(p＜0.05,变化倍数大于1.5)进行GO富集分析,显示缺N和缺S导致叶绿素合成迅速显著下调,而光合作用在营养缺乏后期显著下调,缺N引起糖酵解途径显著上调,而蛋白质合成显著下调.缺N下硝酸盐吸收途径下调,但催化NH4+合成Glu和Gin的谷氨酸合酶和谷氨酰胺合成酶上调,表明细胞可能通过回收蛋白质降解生成的NH4+,适应N缺乏的环境；缺S下铁氧还蛋白-亚硝酸盐还原酶(nirA)在24 h内下调2倍以上,表明缺S影响NO2-还原生成NH4+,从而影响氨基酸和蛋白质的合成.缺N和缺S下光合固碳途径下调,但亚心形四爿藻可能通过减少叶绿素合成、光能重分配(状态2转换)和诱导NPQ等保护机制在营养缺乏的情况下维持一定的光合活性,从而保证碳的固定和淀粉的积累.颗粒结合淀粉合成酶(granule-bound starch synthase,GBSS)在缺N和缺S时的淀粉合成期明显上调,表明GBSS可能是亚心形四爿藻淀粉合成的关键酶；缺N与缺S可能存在不同的淀粉合成途径,缺N下亚心形四爿藻可能通过淀粉磷酸化酶(starch phosphorylase,SP)的磷酸化降解途径回收麦芽寡糖进入ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase)催化的淀粉合成途径,也可能通过SP催化Glucose-1P直接合成淀粉.亚心形四爿藻对缺S的响应滞后于缺N,缺S与缺N相比,其光合作用损伤更小,有更多的碳源被固定而进入淀粉合成途径；同时淀粉降解过程和进一步分解代谢的糖酵解途径在缺S下不如缺N活跃,使得缺S下亚心形四爿藻淀粉含量高于缺N下的水平.本研究表明,维持光合活性、提高GBSS和SP的催化效率是提高亚心形四爿藻淀粉生产的途径.
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