海洋微藻Aurantiochytriumsp.SK4虾青素和DHA合成代谢研究

	海洋微藻Aurantiochytriumsp.SK4虾青素和DHA合成代谢研究
	叶景润
导师	黄俊潮
学位专业	生物化学与分子生物学
关键词	Aurantiochytrium 虾青素 DHA 基因工程
摘要	海洋微藻Aurantiochytrium sp. SK4生长迅速，富含二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）和类胡萝卜素，可以通过生物反应器实现大规模的培养，是同时能生产虾青素和DHA的稀缺微生物，具有潜在的商业应用价值。本研究基于Aurantiochytrium sp. SK4基因组及转录组数据，结合色素、脂肪酸成分含量分析和功能互补实验阐明了该微生物虾青素及DHA的合成途径。在SK4种中，类胡萝卜素通过甲羟戊酸（MVA）途径合成的前体异戊烯焦磷酸（isopentenyl pyrophosphate， IPP），IPP通过异戊烯焦磷酸异构酶（isopentenyl diphosphate isomerase，IDI）异构化形成二甲丙烯二磷酸（dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP），IPP及DMAPP在香叶基焦磷酸合成酶（geranyl-diphosphate synthase，GPPS），法尼基焦磷酸合成酶（Farnesyl pyrophosphate synthase，FPPS），香叶基香叶基焦磷酸（geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPPS）三个酶的逐步催化下合成香叶基香叶基焦磷酸（geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）。IPP和DMAPP经三步催化合成GGPP，低的IDI表达量可能是SK4中类胡萝卜素合成的瓶颈。GGPP在一个融合了八氢番茄红素合成酶（phytoene synthase，PSY/CrtB），八氢番茄红素脱氢酶（phytoene desaturase，PDS/CrtI），及番茄红素环化酶(lycopene cyclase，LYC/CrtY)三个酶功能的CrtIBY作用下合成β-胡萝卜素。β-胡萝卜素在酮化酶和羟化酶的催化下合成虾青素，催化的步骤可能是先酮化后羟化。β-胡萝卜素占SK4总类胡萝卜素的70%，这提示β-胡萝卜素的酮化和/或羟化步骤是虾青素合成的限速步骤。 SK4存在两条脂肪酸合成相关的通路：脂肪酸合成酶通路（FAS pathway）及聚酮合酶通路（PKS pathway）。基因组及转录组数据分析显示除了Δ-15脱氢酶基因，其他与FAS 途径相关的Type I脂肪酸合成酶、脱氢酶及延长酶基因都存在于SK4，而PKS 途径所有相关的功能基因皆被识别。Δ-15脱氢酶的缺失、转录组中Δ-9、Δ-6、ω-3脱氢酶极低的表达量及高DPA含量表明SK4中通过PKS 途径合成DHA。基于基因组及转录组数据，通过生物信息学手段分析SK4存在有性生殖的可能，转录因子特别是MYB家族及植物激素ABA等可能影响类胡萝卜素及脂肪酸的合成。本研究构建了绿色荧光蛋白（GFP）为报告质粒改良了SK4的转化体系，将来自Vitreoscilla 血红蛋白基因（hemoglobin，VHb）、E. coli 的IDI及Archaeoglobus 的GPS共表达于 SK4中来解除该藻类胡萝卜素合成的瓶颈。IDI促使IPP异构，GPS能高效催化IPP和DMAPP合成GGPP，VHb能够提高细胞溶氧量而促进需氧次级代谢产物的合成。VHb、IDI及GPS的共同表达没有明显影响藻细胞的生长，而极大程度的提高了SK4中类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸、虾青素及DHA的含量。转化子AT26总类胡萝卜素及虾青素在120h时分别是野生型SK4的1.85倍及5.02倍，虾青素所占比例增加，而角鲨烯的含量因前体FPP的减少而降低。AT26的总脂肪酸、多不饱和脂肪酸及DHA在72h时相比SK4分别提高了144%，189.2%及172.4%，且多不和脂肪酸及DHA的比例皆有所增长。AT26的扩大培养中也得到相似的结果。本研究为后续Aurantiochytrium相关微生物类胡萝卜素和脂肪酸的研究奠定理论基础。
	2019-06
学位授予单位	中国科学院昆明植物研究所
学位名称	博士
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/74077
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	叶景润. 海洋微藻Aurantiochytriumsp.SK4虾青素和DHA合成代谢研究[D]. 中国科学院昆明植物研究所,2019.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
201418010615029-叶景润-（4807KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-ND	请求全文