圖1 (A) 計(jì)算方法預(yù)測(cè)的微擬球藻全基因組轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，黃點(diǎn)代表轉(zhuǎn)錄因子，紅點(diǎn)代表靶基因。(B) 甘油三酯（TAG）合成途徑的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，彩色圓柱體代表轉(zhuǎn)錄因子，紅線代表正調(diào)控，藍(lán)線代表負(fù)調(diào)控。
自然界中的一些微藻因產(chǎn)油量高、生長速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，并可在邊際土地上用海水或廢水培養(yǎng)，因此被視作潛在的新型能源作物之一。但目前種質(zhì)選育的關(guān)鍵瓶頸之一是對(duì)于微藻產(chǎn)油調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)基本空白。近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞研究中心以微擬球藻為模式生物，揭示了產(chǎn)油微藻的首個(gè)全基因組水平的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)成果于6月26日在線發(fā)表于Scientific?Reports。
微擬球藻(Nannochloropsis?spp.)是一種在海洋中廣泛分布，且在世界各地均可以大規(guī)模培養(yǎng)的野生高產(chǎn)油藻。以項(xiàng)目組前期采集的六株微擬球藻基因組（Wang,?et?al,?PLoS?Genetics,?2014）和產(chǎn)油過程的時(shí)間序列轉(zhuǎn)錄組（Li,?et?al,?Plant?Cell,?2014）為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，青島能源所單細(xì)胞研究中心碩士研究生胡建強(qiáng)等通過運(yùn)用和改進(jìn)進(jìn)化足跡分析（Phylogenetic?Footprinting）等策略，系統(tǒng)地挖掘了海洋微擬球藻（Nannochloropsis?oceanica）基因組編碼的所有轉(zhuǎn)錄因子及其基因組結(jié)合位點(diǎn)，并構(gòu)建了由34個(gè)轉(zhuǎn)錄因子、30個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)基序（motif）和950個(gè)目標(biāo)基因組成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖1A）。
基于產(chǎn)油過程中轉(zhuǎn)錄本的共表達(dá)分析，研究人員推斷出11個(gè)轉(zhuǎn)錄因子與產(chǎn)油相關(guān)，并提出了油脂合成途徑的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機(jī)制（圖1B）。相關(guān)信息還通過互動(dòng)式在線數(shù)據(jù)庫等方式展現(xiàn)，以高效服務(wù)于國內(nèi)外微藻產(chǎn)油研究群體。此外，通過與包括微擬球藻在內(nèi)的36個(gè)植物基因組的比較分析，研究人員還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子家族的組成與物種種系發(fā)生具有緊密的關(guān)聯(lián)性，認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子家族的進(jìn)化可能是從單細(xì)胞植物到多細(xì)胞植物進(jìn)化的重要?jiǎng)恿χ弧?/p>
該轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將為針對(duì)特定轉(zhuǎn)錄因子及其目標(biāo)基因的深入研究提供系統(tǒng)、豐富的線索，從而為“轉(zhuǎn)錄因子工程”等基于改造調(diào)控途徑的產(chǎn)油微藻種質(zhì)選育奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，該研究對(duì)于研究植物轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化和起源也具有重要意義。
該研究得到了合成生物學(xué)“973”項(xiàng)目等支持，由徐健研究員和寧康研究員共同主持完成。
