长链ω-3PUFAs的传统来源主要是深海鱼油，随着世界人口的扩张和海洋环境的污染，海洋渔业所提供的ω-3PUFAs正在经受着巨大的压力和潜在的风险。微生物油脂作为一种经济安全的ω-3PUFAs替代资源，逐渐成为当前PUFAs领域的研究热点。高山被孢霉(Mortierella alpina)是一类油脂量高达细胞干重50%以上，目前已实现商业化生产花生四烯酸的丝状真菌。对M.alpina的PUFAs代谢路径研究发现，ω3脂肪酸脱饱和酶充当着将ω-6PUFAs转化为ω-3PUFAs的重要角色。因此，了解其结构和功能对于提高ω-3PUFAs产量有着重要的意义。膜结合脂肪酸脱饱和酶已经被尝试在不同的宿主中表达，但目前还没有一个膜结合脂肪酸脱饱和酶的晶体结构被解析。其原因主要如下：（1）膜蛋白的表达量低，仅能用于定性研究；（2）膜蛋白难以纯化，难以获得大量高纯度的蛋白样品用于其酶学特性的研究；（3）没有一个成熟的膜结合脱饱和酶体外活性测定体系。因此，亟需寻找一种大量获得高纯度膜蛋白的方法，为该酶后续的结构和功能研究奠定基础。无细胞蛋白质合成系统作为一种开放的蛋白质表达系统迅速地成为膜蛋白的高效表达工具，在该体系中外源基因加入后16~24h便可实现蛋白质合成，并且避免了细胞膜对蛋白质表达的制约，蛋白表达量显著提高，通过外源添加脂质体等膜类成分可对膜蛋白快速纯化。因此，无细胞蛋白质合成系统可作为ω3脂肪酸脱饱和酶高效表达的重要手段来探讨。本文选择了来自本实验室已完成全基因测序的高山被孢霉ATCC#32222中的ω3脂肪酸脱饱和酶基因FADS15为研究对象，采用毕赤酵母表达系统和麦胚无细胞蛋白质合成系统分别对FADS15进行表达，摸索并确定了麦胚无细胞蛋白质合成系统对FADS15的可溶性表达条件，之后对两个体系中的表达产物的进行蛋白质纯化，最后对ω3脂肪酸脱饱和酶体外活性检测体系进行了初步探索。首先，采用毕赤酵母表达系统和麦胚无细胞蛋白质合成系统分别体内和体外表达ω3脂肪酸脱饱和酶，表达的目标蛋白浓度分别达到了0.13mg/mL和1.86mg/mL。其次，对麦胚无细胞蛋白质合成系统可溶性表达ω3脂肪酸脱饱和酶的条件进行了摸索，通过对表达方式和脂质体添加方案的优化实现蛋白质的可溶性表达，最后确定在反应进行10.5h时添加终浓度为1.2mg/mL的脂质体为最佳条件，此时蛋白质表达量为1.80mg/mL，可溶蛋白质表达量为0.23mg/mL。再次，对体内和体外表达系统中得到的蛋白质分别通过His标签进行Ni螯合金属离子亲和层析和密度梯度超速离心纯化，得到目标蛋白纯度达90%，最终浓度分别为8μg/mL和59μg/mL的ω3脂肪酸脱饱和酶，对应目标蛋白质收率分别为6.15%和25.65%。最后，采用对底物亚油酸的转化率为指标，对两种表达方式下的纯化蛋白质进行了体外活性检测，结果显示，两种表达策略下的纯化蛋白质均未检测到活性，对于ω3脂肪酸脱饱和酶的体外活性检测体系仍需进一步摸索。