[发明专利]一种提高微藻细胞油脂含量的基因及其应用

说明书

本发明公开了一种提高微藻细胞油脂含量的基因及其应用，属于基因工程技术领域。所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，其编码的蛋白质氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。含有该基因的生物材料在提高细胞油脂含量、种质资源改良、生物柴油生产中具有广阔的应用价值。该基因转化三角褐指藻后的转基因微藻细胞中油脂含量明显提高。因此，本发明所述的基因对提高和改良微藻油脂成份、培育高油脂品种具有重要的理论和现实意义。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种提高微藻细胞油脂含量的基因及其应用。

背景技术

生物柴油不但具备优良的环保特性和染料性能，而且具有可再生性，已经成为未来能源发展的主方向。用藻类作为原料来生产生物柴油具有无可比拟的优越性，其油脂产率能高于它产油作物约两个数量级，而且可以大幅度节约耕地面积。除此之外，微藻还可以吸收水体中的氮、磷等营养元素，能有效地降低水体的富营养化，对环境具有很强的修复功能。

微藻中油脂合成路径主要分为质体中自由脂肪酸合成以及细胞质中三酰甘油的合成（即Kennedy路径）两部分，在质体中合成自由脂肪酸后，被转运到质体外进行三酰甘油的组装。藻细胞中的糖酵解路径为脂肪酸合成提供原材料乙酰辅酶A，乙酰辅酶A在乙酰辅酶A 羧化酶的催化下生成丙二酸单酰辅酶 A，经脂肪酸合酶催化生成自由脂肪酸，再从质体转运至内质网，经3种酰基转移酶包括甘油3-磷酸酰基转移酶、溶血磷脂酸酰基转移酶和二酰甘油酰基转移酶催化，完成三酰甘油的组装，最终合成TAG。

微藻油脂的积累受诸多因素的影响。前人研究发现在氮饥饿、改变光照强度、pH值以及温度都能诱导微藻单个细胞油脂的合成[Breuer G, Lamers PP, Martens DE, etal. (2013) Effect of light intensity, pH, and temperature on triacylglycerol(TAG) accumulation induced by nitrogen starvation in Scenedesmus obliquus.Bioresour Technol 143: 1-9；Zhi-Kai Yang1, Ying-Fang Niu1, Yu-Han Ma, et al.(2013) Molecular and cellular mechanisms of neutral lipid accumulation indiatom following nitrogen deprivation. Biotechnology for Biofuels 2013, 6:67；44. Zhang TY, Wu YH, Zhu SF, et al. (2013) Isolation and heterotrophiccultivation of mixotrophic microalgae strains for domestic wastewatertreatment and lipid production under dark condition. Biores Technol 149: 586-589]，但微藻生物量却受到影响，无法达到人们所期望的水平。虽然可以有效提高微藻单细胞的油脂含量，但影响了微藻生物量。随着分子生物学的发展，利用转基因技术培育新的工程藻株已经成为研究热点，提高三酰甘油（triacylglycerol，简称TAG）的合成途径被认为是提高脂质产量的代谢工程的理想靶点，TAG合成途径一些关键酶相继被发现过量表达可以提高微藻油脂含量（Niu YF, Zhang MH, Li DW, et al. Improvement of neutrallipid and polyunsaturated fatty acid biosynthesis by overexpressing a type 2diacylglycerol acyltransferase in marine diatom Phaeodactylum tricornutum.Mar Drugs. 2013;11:4558–69；Ying-Fang Niu, Xiang Wang, Dong-Xiong Hu, et al.(2016) Molecular characterization of a glycerol-3-phosphate acyltransferasereveals key features essential for triacylglycerol production inPhaeodactylum tricornutum. Biotechnol Biofuels, 9:60 ）。过量表达转录因子也相应被发现可以提高微藻油脂含量（Da-Wei Li*, Srinivasan Balamurugan1*, Yu-FengYang, et al.(2019) Transcriptional regulation of microalgae for concurrentlipid overproduction and secretion, Sci. Adv., 5 : eaau3795）。