14958.小球藻異養(yǎng)光誘導切換過程的分子響應及其功能基因組學研究

1、分類號UDC：密級華東理工大學學位論文小球藻異養(yǎng)／光誘導切換過程的分子響應及其功能基因組學研究范建華指導教師姓名：李元廣教授華東理工大學徐健研究員中國科學院青島生物能源與過程研究所申請學位級別：博士專業(yè)名稱：生物化工論文定稿日期：20120905學位授予單位學位授予日期論文答辯日期：魚!蘭：竺蘭l華東理工大學答辯委員會主席評閱人鼢酗鞭黼華東理工大學博士學位論文第1頁小球藻異養(yǎng)／光誘導切換過程的分子響應及其功能基因組學研究摘要隨著化石燃料

2、的日益枯竭及實現(xiàn)低碳經濟的迫切需要，微藻能源已成為世界各國重點研究與發(fā)展的戰(zhàn)略方向，但是文獻中對微藻油脂合成和積累及環(huán)境互作機制這一關鍵問題的研究少有報道，限制了微藻能源的產業(yè)化?；谑讋?chuàng)的異養(yǎng)稀釋光誘導串聯(lián)技術和高產油蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)良種，可實現(xiàn)集“高附加值微藻產品、微藻能源與生物固碳“的一體化開發(fā)，有望加快微藻能源和微藻固碳的產業(yè)化進程，但目前對該技術缺乏機理方面的認識，致使其工藝的優(yōu)化放大缺

3、乏理論指導。此外，目前國內外均未見可戶外大規(guī)模培養(yǎng)的淡水能源微藻的基因組報道，嚴重制約了淡水能源微藻生理性狀的進一步挖掘和大規(guī)模應用。Cpyrenoidosa不僅可生產高附加值小球藻粉，而且高產油脂，是一株具有廣闊應用前景的淡水工業(yè)藻種，但迄今未見有關該藻遺傳背景研究方面的報道，因而亟待深入研究。本文針對微藻能源產業(yè)化開發(fā)中基礎科學問題一一能源微藻胞內代謝及油脂合成與積累的系統(tǒng)生物學機制這一熱點方向開展研究。首先，圍繞異養(yǎng)稀釋一光誘導串

4、聯(lián)培養(yǎng)過程，首次發(fā)現(xiàn)小球藻異養(yǎng)細胞經光誘導處理后可在短時間內(12h)提高油脂含量近l倍；據此開展了Cpyrenoidosa的全基因組測序，揭示了首個淡水能源微藻的全基因組圖譜：然后，運用RNAseq，首次分析了小球藻在異養(yǎng)和光誘導下的基因轉錄圖譜，鑒定發(fā)現(xiàn)2800多個差異表達基因，并在全局轉錄水平闡述了小球藻胞內碳流在油脂、蛋白、色素、淀粉之間的協(xié)調分配和調控規(guī)律；最后，基于基因組和轉錄組信息，首次重構了Cpyrenoidosa的中心

5、碳代謝、油脂和淀粉代謝途徑。具體表述如下：(1)異養(yǎng)／光誘導切換過程的生化和細胞水平變化規(guī)律。首次發(fā)現(xiàn)異養(yǎng)轉入光誘導后，小球藻油脂含量可在12h內提高約1倍，預示著小球藻特殊的油脂代謝調控能力；此外，Cpyrenoidosa胞內蛋白質、葉綠素和葉黃素等活性物質含量均在短時間內(812h)提高了1倍左右，同時碳水化合物的含量顯著下降；細胞超微結構研究發(fā)現(xiàn)異養(yǎng)轉入光誘導后，淀粉粒逐漸消失和蛋白核迅速形成，進一步表明蛋白、油脂和色素等組分快速

6、積累和碳水化合物的降解密切相關；上述變化特征在另外兩株小球藻Cvulgaris徊Cellipsoidea中，以及在實驗室內和戶外小型光反應器中的分析結果一致，表明異養(yǎng)稀釋光誘導串聯(lián)培養(yǎng)技術具有一定的普適性；異養(yǎng)稀釋光誘導技術培養(yǎng)Cpyrenoidosa的油脂產率最大可達8989mg／L／d，且脂肪酸碳鏈組成主要為C16C18，滿足制備生物柴油的要求。(2)全基因組圖譜繪制。首次對一株淡水高產油Cpyrenoidosa進行了全基因組測序，