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现代社会面临环境污染、化石资源枯竭等问题,寻找清洁的替代能源是各国科学家重点研究的主要方向。微藻具有生长速度快,油脂含量高等优点,被视作是最有潜力发展的替代能源。利用代谢工程改造微藻,提高油脂质产量是降低生产成本,实现微藻生物柴油产业化的重要途径之一。微藻油脂代谢调控机制的解析是构建工程微藻的前提。海洋绿藻小球藻(Chlorella vulgaris HN11)可在N限制条件下积累大量油脂,但产生这种现象的原因尚不明确。本文研究了全N和缺N培养条件下小球藻的转录组基因表达和代谢物变化,探讨缺N诱导下小球藻油脂积累的可能机制。转录组测序共获得24 G bp有效数据,1.77亿条有效序列,拼接为29499条genes,34987条isogenes,其中16683条isogenes得到比对注释结果,6245条注释到GO号,共5202条序列注释到292个代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程等相关途径,以嘌呤、嘧啶、氧化磷酸化、糖酵解、脂肪酸等代谢过程注释序列最多。5个样品中存在大量差异性表达基因,在培养24 h的样品中发现479条差异表达的isogenes,其中191条富集到109个代谢途径;培养48 h的样品中发现155条差异表达的isogenes,其中71条富集到43个有关代谢途径。绝对荧光定量法分析了 N限制和全N培养0,4,8,12,24,48、72和96 h的小球藻果糖-1,6-二磷酸酶基因(FBP)、周质蛋白基因(PBP)、铜胺氧化酶1基因(CuAO1)、铜胺氧化酶2基因(CuAO2)、磷脂酶基因(LPL)、丙酮酸激酶基因(PK)的表达量,荧光定量结果与转录组测序结果一致。0-12h,N限制条件下,FBP、PBP、CuAO1、CuAZPZ、PK基因表达量显著高于全N培养条件下的。0-96 h内,CuAO2在N限制下表达量是全N条件下的200-5000倍;FBP和CuAO1基因的表达量与全N培养条件下的表达量无显著性差异;N限制处理第48h,ZPZ基因表达量是N处理前表达量的7.7倍;限N处理的PBBP和PK基因表达量处于较低水平。综合生理生化和基因表达结果,我们认为缺N诱导小球藻油脂积累的分子机制为:缺N引起了环境逆境信号,促使蛋白质和氨基酸降解。氨基酸碳骨架一部分进入TCA循环,中间产物的增多,使TCA循环减弱,更多的碳流向脂肪合成;还有部分氨基酸的碳骨架可生成脂肪酸合成的底物----乙酰-CoA和乙酰乙酸;缺N条件下糖酵解变弱,氨基酸向糖转变的糖异生途径加强,在此过程中生成的磷酸二羟丙酮可被还原成TAG合成的原料--甘油;氨基酸在胺氧化酶作用下,为脂肪酸的合成提供碳架。