工業(yè)產(chǎn)油微藻可通過光合作用，將二氧化碳和水規(guī)?；?、直接地合成為高能量密度的油脂分子（甘油三酯；TAG）。甘油三酯上脂肪酸碳鏈的飽和度，則決定了藻油是適合用于生物柴油，還是適合作為營養(yǎng)品。因此，飽和度是決定藻油的品質(zhì)、用途與經(jīng)濟價值的最關(guān)鍵因素之一。但是，能否基于工業(yè)微藻底盤細(xì)胞，實現(xiàn)藻油飽和度的理性設(shè)計呢？中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心率領(lǐng)的包括美國馬里蘭大學(xué)、北京大學(xué)、中科院水生生物研究所等在內(nèi)的國際合作團隊，通過闡明與調(diào)控微擬球藻中一系列內(nèi)源II型二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶（DGAT2）的分工與合作機制，證明工業(yè)微藻的藻油飽和度能夠定制化地人工設(shè)計，從而將微藻細(xì)胞工廠推入“藻油品質(zhì)定制化”（Designer Oil）時代。該工作于10月27日在線發(fā)表于Molecular Plant。
油機制的最新模型.png)
微擬球藻是一種在世界各地均可在室外大規(guī)模培養(yǎng)的工業(yè)微藻，它們具有生長速度快、二氧化碳耐受能力強、強勁積累油脂、海水淡水均可培養(yǎng)等突出優(yōu)點，因此已成為國內(nèi)外生物能源領(lǐng)域的主要研究模式與產(chǎn)業(yè)代表藻種之一。微擬球藻藻油中同時含有飽和脂肪酸（SFA）、單不飽和脂肪酸（MUFA）與多不飽和脂肪酸（PUFA）。如果MUFA含量高，藻油適合作為優(yōu)質(zhì)液體燃料，服務(wù)于能源市場；而如果PUFA（如EPA等）含量高，藻油則更適合作為人體保健品，服務(wù)于營養(yǎng)品與食品市場。因此，如果能夠在同一底盤細(xì)胞中實現(xiàn)SFA、MUFA、PUFA比例的人為調(diào)控甚至理性設(shè)計，就能實現(xiàn)藻油品質(zhì)、用途與價值的高度可控與靈活切換。這一細(xì)胞工廠特性對于適應(yīng)多變的生物能源市場需求、最大程度降低產(chǎn)品生產(chǎn)與切換的成本具有重要意義，同時對于在嚴(yán)酷極端環(huán)境（如火星等）下構(gòu)建基于二氧化碳的“單碳光合多聯(lián)產(chǎn)模式”，靈活可控地合成人類生存必需的能源、材料與食品具有特殊的戰(zhàn)略價值。
單細(xì)胞中心等前期發(fā)現(xiàn)，在海洋微擬球藻基因組中編碼有多達(dá)11個II型二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶編碼基因（DGAT2），它們催化甘油三酯合成中的最后一步也是關(guān)鍵一步。動物和高等植物中常常只有1-2個DGAT2，為何海洋微擬球藻具有超出已知所有物種的DGAT2家庭成員數(shù)目呢？為了解答上述問題，研究人員通過在酵母中的表達(dá)與功能分析、在體外的酶活鑒定、進(jìn)而在微擬球藻中的過表達(dá)與基因敲低等層層深入的實驗策略，發(fā)現(xiàn)其中DGAT2A、DGAT2D與DGAT2C?具有TAG合成酶活性，而且這三個DGAT2家庭成員分別偏好飽和、單不飽和和多不飽和的脂酰CoA底物。基于此，研究人員提出了比前期工作（Li, et al,?Plant Cell, 2014）深入了一大步的油脂合成機制模型，認(rèn)為其中分別來自于三個不同祖先的DGAT2A、DGAT2D與DGAT2C，在長期的共進(jìn)化過程中，形成了迥異卻互補的底物偏好性，而且在TAG合成的流水線上進(jìn)行著精妙的功能分工與時空協(xié)作。?
令人驚奇的是，DGAT2A、DGAT2D與DGAT2C轉(zhuǎn)錄本的相對豐度與TAG上SFA、MUFA與PUFA的比例呈現(xiàn)正相關(guān)，預(yù)示著一個精妙卻簡潔的藻油飽和度控制機制。利用這一點，研究人員更進(jìn)一步，通過人為控制DGAT2A、DGAT2D與DGAT2C三者間轉(zhuǎn)錄本的相對豐度，實現(xiàn)了藻油中SFA、MUFA與PUFA比重的理性設(shè)計，從而生產(chǎn)出了飽和度“定制化”的藻油。這近二十株微擬球藻工程株的TAG產(chǎn)品中，SFA、MUFA與PUFA比重的變化幅度分別達(dá)到了1.3倍, 3.7倍與?11.2倍，說明在單一工業(yè)微藻底盤上，藻油作為燃料或營養(yǎng)品的用途與價值具有良好的可控性與可塑性。
本工作是青島能源所徐健、馬里蘭大學(xué)李彥濤和北京大學(xué)劉進(jìn)等實驗室合作完成的，并得到了水生所胡強和胡晗華等研究員的幫助。論文共同一作是青島能源所單細(xì)胞中心的辛一、路延篤和馬里蘭大學(xué)的Yi-Ying Lee。本論文及其前期工作得到了國家杰出青年基金、科技部863合成生物學(xué)專項、中科院含碳?xì)怏w生物制造項目、山東省自然科學(xué)青年基金和美國自然科學(xué)基金委的支持。
