中科院大連化物所能源生物技術研究取得新成果

        中科院大連化學物理研究所趙宗保研究員領導的生物質(zhì)轉化研究組（1816組）在能源生物技術領域取得新進展。這項關于產(chǎn)油真菌圓紅冬孢酵母Rhodosporidium toruloides的跨組學研究成果，于10月9日正式發(fā)表在《自然—通訊》上（Nat. Commun. 2012, 3:1112. doi:10.1038/ncomms2112）。

將可再生的生物質(zhì)資源轉化為液體燃料產(chǎn)品是具有挑戰(zhàn)性和重要戰(zhàn)略意義的研究方向。自2004年以來，生物質(zhì)轉化研究組一直致力于“生物質(zhì)制生物柴油”研究，其核心技術是利用產(chǎn)油酵母將碳水化合物轉化為油脂。研究組在生物質(zhì)原料處理與轉化、菌株選育、發(fā)酵過程工程等方面取得了系列成果，并發(fā)現(xiàn)產(chǎn)油酵母R. toruloides抗逆性強，碳源利用譜廣，胞內(nèi)油脂富含16或18個碳原子的長鏈脂肪酸，總脂含量可超過細胞干重70%，整體性狀優(yōu)良。但是，理性改造R. toruloides以提升油脂發(fā)酵的技術經(jīng)濟性遇到了很大困難。這是因為，一方面R. toruloides屬于擔子菌門非常規(guī)酵母，與其他子囊菌門微生物（如釀酒酵母、畢赤酵母及解脂亞羅酵母等）相比遺傳差異顯著；另一方面，當前上關于產(chǎn)油真菌的研究整體上不夠深入和系統(tǒng)，缺少高質(zhì)量的基因組信息。

該研究組使用高通量測序技術，對R. toruloides進行了全基因組測序，得到20.2 Mb的基因組，并在轉錄組測序技術輔助下預測了8171個蛋白編碼基因，進行了基因功能注釋，形成了高精度的參考基因數(shù)據(jù)庫。進一步采用比較轉錄組和比較蛋白質(zhì)組方法，研究了氮缺乏導致油脂過量積累的原因。前者通過數(shù)字基因表達譜技術鑒定出2030個在不同培養(yǎng)條件下轉錄產(chǎn)物豐度差異顯著的基因；后者則通過與大連化物所鄒漢法研究員領導的生物分離分析新材料與新技術研究組（1809組）合作，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術進行蛋白質(zhì)組定性和半定量分析，確定了538個豐度顯著變化的蛋白。分析表明，氮缺乏上調(diào)了與氮源利用有關基因的表達，增強了自噬能力，整體提高了細胞氮源利用效率，同時下調(diào)核酸與蛋白合成，并且表達油脂合成代謝相關基因受到多種水平的調(diào)控，說明油脂積累涉及細胞全局性的生理生化響應。

該項成果將促進相關的能源生物技術研究快速發(fā)展，其重要意義將體現(xiàn)在以下幾個方面：1）為利用系統(tǒng)生物學技術揭示微生物油脂積累的分子機制奠定了基礎；2）為理性改造產(chǎn)油酵母菌株提供了生物信息和遺傳操作靶點；3）為設計細胞工廠，利用脂肪酸代謝及異戊烯代謝途徑生產(chǎn)生物燃料及化學品提供了新信息和新材料。

該研究得到了*、國家自然科學基金委和大連化物所所長基金的資助。