中科院大連化物所能源生物技術(shù)研究取得新成果

        中科院大連化學(xué)物理研究所趙宗保研究員領(lǐng)導(dǎo)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化研究組（1816組）在能源生物技術(shù)領(lǐng)域取得新進(jìn)展。這項(xiàng)關(guān)于產(chǎn)油真菌圓紅冬孢酵母Rhodosporidium toruloides的跨組學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)是利用產(chǎn)油酵母將碳水化合物轉(zhuǎn)化為油脂。研究組在生物質(zhì)原料處理與轉(zhuǎn)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(qiáng)，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(xì)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(shù)經(jīng)濟(jì)性遇到了很大困難。這是因?yàn)?，一方面R. toruloides屬于擔(dān)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(dāng)前上關(guān)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(shù)，對R. toruloides進(jìn)行了全基因組測序，得到20.2 Mb的基因組，并在轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)輔助下預(yù)測了8171個蛋白編碼基因，進(jìn)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(jìn)一步采用比較轉(zhuǎn)錄組和比較蛋白質(zhì)組方法，研究了氮缺乏導(dǎo)致油脂過量積累的原因。前者通過數(shù)字基因表達(dá)譜技術(shù)鑒定出2030個在不同培養(yǎng)條件下轉(zhuǎn)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(lǐng)導(dǎo)的生物分離分析新材料與新技術(shù)研究組（1809組）合作，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)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(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)了自噬能力，整體提高了細(xì)胞氮源利用效率，同時下調(diào)核酸與蛋白合成，并且表達(dá)油脂合成代謝相關(guān)基因受到多種水平的調(diào)控，說明油脂積累涉及細(xì)胞全局性的生理生化響應(yīng)。

該項(xiàng)成果將促進(jìn)相關(guān)的能源生物技術(shù)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(xué)技術(shù)揭示微生物油脂積累的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)；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(diǎn)；3）為設(shè)計(jì)細(xì)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(xué)品提供了新信息和新材料。

該研究得到了*、國家自然科學(xué)基金委和大連化物所所長基金的資助。