多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFAs）是構成細胞膜的結構成分，具有重要生理功能。其中，具有代表性的ω-3型多不飽和脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），是人體自身不能直接從頭合成而又不可缺少的營養(yǎng)素。EPA被譽為“血管清道夫”，具有調(diào)節(jié)血脂、降低血液粘稠度、預防血栓形成等生理活性，DHA是大腦和視網(wǎng)膜組織中磷脂的重要組成物質(zhì)，皆有助于促進人體健康。目前，獲取EPA/DHA產(chǎn)品的主要途徑是海洋漁業(yè)資源提取（例如魚油），但這些來源的產(chǎn)品也面臨著資源難以持續(xù)、污染風險大和感官品質(zhì)低等問題，研究開發(fā)新的EPA/DHA資源具有巨大應用前景。

裂殖壺菌（Aurantiochytrium sp.）是目前工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)PUFAs的代表性物種之一，具有高生物量、高油脂含量、易培養(yǎng)等特點。但作為一種非模式真核生物，其遺傳操作體系還不完善，對油脂合成路徑的理解也非常有限，是進一步通過代謝工程提升和改良油脂產(chǎn)量和品質(zhì)的主要障礙。

中國科學院青島生物能源與過程研究所代謝物組學研究組長期致力于裂殖壺菌的遺傳改造、作用機制及代謝工程研究，通過人工改造裂殖壺菌提高其EPA/DHA產(chǎn)量，用于補充現(xiàn)有PUFAs產(chǎn)品的不足。近日，該研究組基于病毒2A肽自剪切的特點，開發(fā)出基于2A肽的裂殖壺菌的多基因表達體系，實現(xiàn)裂殖壺菌的多基因表達，并利用該體系將外源的EPA合成基因簇在裂殖壺菌中進行異源表達，使EPA產(chǎn)量提高5倍。相關成果發(fā)表在食品科學領域期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry上。

同時，該研究組通過生物信息學方法，首次鑒定到特異性作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的磷酸泛酰巰基乙胺基酰基轉移酶（Phosphopantetheinyl transferase，PPTase），并通過生理生化實驗確定該PPTase的功能特性，將其在裂殖壺菌中進行過表達，使裂殖壺菌的DHA和PUFA產(chǎn)量分別提高36%和18%。相關成果發(fā)表在Biotechnology for Biofuels上。

基于2A肽的多基因表達系統(tǒng)克服了裂殖壺菌在遺傳操作工具不足難以進行多基因共表達的情況，為裂殖壺菌的遺傳改造提供了新的技術手段，也為其他真菌中多基因共表達提供了范例。作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的PPTase的發(fā)現(xiàn)，加深了對裂殖壺菌PUFA合成的理解，為進一步的遺傳改造提供了新靶點。

以上工作由代謝物組學研究組完成，研究員崔球、副研究員宋曉金為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃、山東省自然科學基金重大基礎研究項目資助。

論文鏈接：

1  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c04299

2  https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-020-01793-x

基于2A肽的裂殖壺菌多基因表達體系構建

發(fā)酵檢測裂殖壺菌中的總油脂（TLs）和DHA產(chǎn)量