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　　工學(xué)院劉進(jìn)課題組在藻類油脂代謝和應(yīng)用研究上取得重要進(jìn)展

　　近年來(lái)，北京大學(xué)工學(xué)院能源與資源工程系劉進(jìn)">劉進(jìn)課題組在藻類油脂代謝以及工程應(yīng)用研究方面取得了一系列成果。主要經(jīng)費(fèi)來(lái)源為國(guó)家自然科學(xué)基金、北京大學(xué)“雙一流”等項(xiàng)目。

　　微藻被譽(yù)為是綠色的光合單細(xì)胞工廠。它們分布廣泛，生長(zhǎng)快，光合作用和二氧化碳固定效率高。全球接近50%的二氧化碳由藻類吸收固定。微藻用途廣泛，有潛力利用二氧化碳來(lái)生產(chǎn)一系列的高價(jià)值產(chǎn)品。微藻也能合成油脂(TAG)。TAG能量密度高，非常適合用來(lái)生產(chǎn)生物柴油，被認(rèn)為最有希望替代目前的植物油脂用作生物柴油生產(chǎn)。

　　微藻TAG的合成途徑主要有兩種：依賴于乙酰輔酶A的Kennedy 途徑和不依賴于乙酰輔酶A的PDAT途徑。前者被認(rèn)為在逆境誘導(dǎo)TAG合成中起主要作用，主要由DGAT催化。DGAT的底物為乙酰輔酶A和DAG，是關(guān)鍵限速酶。DGAT主要有I型和II型兩種，都屬于膜蛋白。有意思的是，在高等植物中通常只有1個(gè)II型DGAT，而在微藻中有多個(gè)，比如衣藻中5個(gè)，硅藻中4個(gè)，微擬球藻中11個(gè)。為什么微藻有這么多個(gè)II型DGAT?它們是不是在不同的細(xì)胞區(qū)域?有沒(méi)有底物特異性?為了解決這些問(wèn)題，劉進(jìn)">劉進(jìn)課題組與馬里蘭大學(xué)的Dr Yantao Li團(tuán)隊(duì)合作，以模式藻衣藻為研究對(duì)象，全面深入的分析了5個(gè)II型DGAT (DGTT1-5)，包括：1)建立了一個(gè)不需要放射性標(biāo)記底物的DGAT酶體外分析方法;2)DGTT對(duì)底物乙酰輔酶A和DAG都有明顯的偏好;3)它們協(xié)同催化逆境條件下的TAG合成;4)DGTT1很可能同時(shí)存在葉綠體膜和ER上，分別利用原核與真核來(lái)源的DAG生成TAG;5)DGTT1將會(huì)是基因工程的對(duì)象，為今后定向改造提高油脂含量或是生產(chǎn)富集EPA的TAG提供了方向。此研究發(fā)表于Top植物期刊Plant Journal，為封面文章(Cover, featured article), 以及發(fā)表于經(jīng)典應(yīng)用藻類學(xué)雜志Journal of Applied Phycology。

　　隨后課題組以富含油脂的海洋藻微擬球藻為研究對(duì)象，通過(guò)in silicon, functional complementation, in vitro, in vivo (knockdown and overexpression )等分析了NoDGAT1A的底物偏好性和功能，結(jié)合熒光蛋白融合定位實(shí)驗(yàn)，揭示了它在微擬球藻中利用原核來(lái)源的DAG和飽和脂肪酸/單不飽和脂肪酸合成TAG的重要作用(圖1)。通過(guò)過(guò)量表達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改造后的藻株在批次培養(yǎng)(10天周期)中生長(zhǎng)不受影響且TAG提高了50%，TAG中的脂肪酸成分也發(fā)生了變化(C18：1的相對(duì)比重提高;這有利于生物柴油的性能)。以前的研究中，TAG的提高大多以犧牲生長(zhǎng)(生物量)來(lái)獲得，從而削弱了TAG的產(chǎn)量。我們的研究通過(guò)定向改造微藻，首次實(shí)現(xiàn)在不影響生長(zhǎng)的情況下提高TAG的含量，為今后的基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用提供了啟示。此研究發(fā)表在生物技術(shù)TOP期刊Biotechnology for Biofuels。

　　然后，課題組與中科院青島能源與過(guò)程研究所徐健教授團(tuán)隊(duì)和馬里蘭大學(xué)Dr Yantao Li團(tuán)隊(duì)合作，全面深入研究了微擬球藻11個(gè)DGAT2基因的功能，闡明了它們之間的分工與合作在時(shí)間和空間上調(diào)節(jié)TAG的合成、以及TAG上脂肪酸成分(圖2)，證明了工業(yè)微藻的藻油飽和度能夠定制化地人工設(shè)計(jì)，從而將微藻細(xì)胞工廠推入“藻油品質(zhì)定制化(Designer Oil)”時(shí)代，為今后通過(guò)定向基因工程理性操控微藻提高TAG產(chǎn)量和質(zhì)量提供了理論依據(jù)和方法策略。此研究于2017年10月27日在線發(fā)表在植物Top期刊Molecular Plant。

　　課題組其它代表性成果：

　　通過(guò)定向改造小球藻開(kāi)爾文循環(huán)增強(qiáng)二氧化碳固定能力，提高生物量和油脂產(chǎn)量。此研究作為Featured article發(fā)表在生物技術(shù)TOP期刊Biotechnology for Biofuels，劉進(jìn)">劉進(jìn)和陳峰">陳峰教授為共同通訊作者。

　　撰寫(xiě)藻類二氧化碳固定進(jìn)展方面的綜述，發(fā)表在Renewable Sustainable Energy Reviews，劉進(jìn)">劉進(jìn)和南昌大學(xué)的周文廣教授為此文的共同通訊作者。

　　劉進(jìn)">劉進(jìn)簡(jiǎn)介

　　劉進(jìn)">劉進(jìn)系北京大學(xué)工學(xué)院特聘研究員，能源與資源工程系PI，食品與生物資源工程研究所PI。2003年和2005年于中山大學(xué)分別獲得理學(xué)學(xué)士和理學(xué)碩士學(xué)位，2010年于香港大學(xué)獲得理學(xué)博士學(xué)位。隨后分別于美國(guó)Arizona State University和University of Maryland從事博士后和助理研究員工作，主要研究油脂代謝、類胡蘿卜素生物發(fā)生和代謝工程。2015年加入北京大學(xué)工學(xué)院，任微藻生物技術(shù)創(chuàng)新課題組學(xué)術(shù)帶頭人，致力于通過(guò)交叉學(xué)科前沿科學(xué)技術(shù)開(kāi)展藻類及微生物資源的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。自2015年以來(lái)已經(jīng)發(fā)表同行評(píng)議學(xué)術(shù)論文20余篇(其中2篇為Cover article，1篇為Featured article)，專著章節(jié)2篇，主編專著Recent Advances in Microalgal Biotechnology 由Omics Group 于2016年出版。主持自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目2項(xiàng)、作為Co-PI參與新加坡-北大低碳中心項(xiàng)目1項(xiàng)、美國(guó)TEDCO項(xiàng)目1項(xiàng)，參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)。目前實(shí)驗(yàn)室成員有2名博士后、5名博士生(其中2名與陳峰">陳峰教授聯(lián)培)、1名碩士生、2名本科生和1名研究助理。

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