4月23日，Nature旗下新刊《Communications Biology》在线刊登了高等研究院陈峰教授课题组一篇题目为“Harnessing C/N balance of Chromochloris zofingiensis to overcome the potential conflict in microalgal production”的研究论文。

微藻是地球上最古老也是最重要的生物之一。由于微藻的养殖是一个对环境相对友好的过程，并且微藻本身富含油脂和其它高附加值生物活性成分，因此微藻的生物工程开发逐渐成为世界科技领域的一大热点。然而，微藻细胞内产物的积累往往伴随着细胞生长的减缓甚至停顿，这在很大程度上影响了微藻作为细胞工厂生产微藻产品。如何在不影响生物量的前提下调控提升微藻产物的产生和积累是微藻工业化亟待解决的问题，而精准全面地了解在微藻各个培养条件下细胞的代谢行为可以为实现细胞定向调控提供理论指导。因此，陈峰课题组着手研究光照强度和C/N对微藻Chromochloris zofingiensis的生长以及油脂和虾青素积累的影响，并结合碳分区模型、代谢流计算、靶向代谢物测定和转录组分析，阐明了细胞行为、碳分配、碳可利用度和中心碳代谢路径反应速率之间的微妙关系（图1）。研究发现：细胞外碳源的供给形式是微藻生产中的重要因素，其可为细胞周期进程提供必要的碳分子和能量，对油脂和类胡萝卜素积累具有重要意义。在此基础上，该课题组结合培养基营养成分流加策略，在不影响生物量的同时极大程度地提高微藻胞内油脂和虾青素的含量，为实现微藻产量的巨大提升提供了一个新方向。

该研究发现，提升碳可利用度和活跃的生物合成路径是促进虾青素和油脂合成的关键。然而，一旦蛋白质含量降低到细胞生存的阈值，细胞内碳可利用度就成为产物合成和细胞生长的主要限制因素。该研究通过改变外源碳的供给形式，调节细胞内的C/N平衡，增加细胞内乙酰辅酶a和丙酮酸盐的含量，上调产物合成路径，从而加速可利用碳的转化（图1）。 最终，脂肪酸C18:2产率提高了63.2%，而其它不饱和脂肪酸的产率更是增加了1倍以上，另一个重要产物虾青素的产率增加了2.49倍。该研究通过改变实验参数，利用分子分析手段调节细胞的碳代谢，从而有效调控了细胞生长与油脂和虾青素积累之间的关系。

（图1：微藻Chromochloris zofingiensis中心碳代谢与细胞行为关系示意图）

该研究的通讯作者为陈峰教授，第一作者为博士生孙翰，深圳大学为第一完成单位。该研究受广东省重点领域研发项目（No. 2018B020206001）和深圳市科学技术创新委员会资助（No. KQTD20180412181334790）。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-020-0900-x