卷枝毛霉利用外源油积累脂质的机制研究

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产油微生物(Oleaginous microorganisms)可以在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂转化为自身细胞内的脂质,其积累的油脂超过自身干重的20%。本课题组前期研究发现产脂真菌卷枝毛霉WJ11在利用外源油作为碳源进行发酵时,能够提高其积累的脂质含量,但是卷枝毛霉利用外源油脂进行脂质积累的机制尚不清楚。本论文对卷枝毛霉利用外源油脂-大豆油进行脂质积累的过程进行了组学分析,通过转录组学分析以及脂质组学分析对卷枝毛霉利用外源油脂的机制进行了探索。主要研究结果如下:(1)葡萄糖-大豆油混合发酵最佳比例的研究:在不改变卷枝毛霉原有培养基碳氮比的情况下,利用不同比例的大豆油和葡萄糖的复合碳源来代替原本作为唯一碳源的葡萄糖进行发酵实验。以卷枝毛霉积累的油脂含量为依据,选择最佳的葡萄糖和大豆油的混合比例。发酵结果表明,在添加了大豆油的培养基中卷枝毛霉的生物量和脂质积累量均高于在葡萄糖为碳源的培养基中生长的卷枝毛霉。发酵的最佳葡萄糖和大豆油的混合比例为56.25%的大豆油和43.75%的葡萄糖,即35 g/L的葡萄糖和24.3 g/L的大豆油,在此条件下,卷枝毛霉WJ11的生物量为14.99 g/L,积累的脂质含量达到43.83%,比对照组提高了17%。(2)基于RNA-seq的分析结果显示,处理组(大豆油和葡萄糖混合物作为碳源)相较于对照组(葡萄糖作为单一碳源),一共鉴定到了4646个差异表达基因(DEGs)。从结果来看,在含有大豆油作为添加碳源的培养基中生长的卷枝毛霉与仅以葡萄糖为碳源时生长的卷枝毛霉相比,有2379个基因的表达量上调,2267个基因的表达量下调。含有大豆油的培养基中生长的卷枝毛霉菌体细胞内参与糖酵解的乙酰-Co A合成酶(EC:6.2.1.1)、6-磷酸果糖酶(EC:2.7.1.11)、醇脱氢酶(NADP+)(EC:1.1.1.2)、丙酮酸激酶(EC:2.7.1.40)的基因的表达量明显下降。2个编码乙酰-Co A合成酶的基因的表达量分别下调了22.03和21.93倍,1个编码6-磷酸果糖酶的基因的表达量下调了21.74倍。一个编码6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(EC:1.1.1.49)的基因的表达量下调了21.78倍。而很多涉及到脂质积累的相关基因表达量上调,其中,一个编码甘油三磷酸O-乙酰转移酶的基因表达量上调了22.39倍。(3)脂质组学的分析结果表明,葡萄糖-大豆油混合发酵与葡萄糖发酵相比,卷枝毛霉的脂质代谢存在显著差异,共鉴定出438种差异代谢物。从上述差异代谢物中筛选出81种差异显著的代谢物,其中48种为上升代谢物,33种为下降代谢物。这些显著差异的代谢物包括磷脂酸类(如溶血磷脂酸、磷脂酸等)、中性甘油脂类(如单脂肪酸甘油酯、甘油二脂等)、脂肪酸类(如(O-酰基)-1-羟基脂肪酸)、磷脂酰甘油类(如溶血磷脂酰甘油、磷脂酰甘油)。其中,添加大豆油作为碳源的处理组与仅以葡萄糖为碳源的对照组相比,溶血磷脂酸和单脂肪酸甘油酯发生增加,增加倍数分别为25.00倍以及24.48倍,磷脂酰甘油和溶血磷脂酰甘油发生减少,减少倍数分别为23.69倍以及23.67倍。
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