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近日，華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室李元廣教授團隊與中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所等單位共同合作，在微藻功能基因組學(xué)研究方面取得新的研究進(jìn)展。相關(guān)成果由華東理工大學(xué)青年教師范建華博士作為第一作者在線發(fā)表于植物學(xué)著名期刊Plant Physiology（Jianhua Fan，et al. Plant Physiology, 2015，DOI:10.1104/pp.15.01174）。Plant Physiology是由美國植物生物學(xué)家學(xué)會（American Society of Plant Biologists）出版，創(chuàng)刊于1926年，是世界上最古老、最權(quán)威的國際植物科學(xué)期刊之一，也是世界上最優(yōu)秀的三大植物學(xué)原創(chuàng)研究刊物之一。據(jù)悉，這是華東理工大學(xué)首次作為第一單位在此期刊上發(fā)表研究論文。
微藻作為一類單細(xì)胞光合生物，具有光能利用率高、生長速度快、生物活性成分和能源物質(zhì)含量高等特點，其在大健康產(chǎn)業(yè)、固碳、新能源與富含N/P廢水資源化利用等方面的應(yīng)用受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，而高效培養(yǎng)是其規(guī)模化應(yīng)用的前提。李元廣教授團隊在國內(nèi)外獨創(chuàng)了微藻“異養(yǎng)-稀釋-光誘導(dǎo)串聯(lián)培養(yǎng)技術(shù)” ，并篩選到一株高產(chǎn)油蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）（廣泛用作食品的工業(yè)化藻種，2012年被我國批準(zhǔn)為新資源食品）良種，該技術(shù)歷經(jīng)12年的持續(xù)研發(fā)和工業(yè)化試驗，終于落戶氣候條件獨特的云南省并得到當(dāng)?shù)卣拇罅χС郑拥谝黄谏a(chǎn)線建設(shè)工作，即將進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段，這將使微藻培養(yǎng)從傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)模式逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)模式，從而有望徹底取代小球藻和雨生紅球藻傳統(tǒng)的光自養(yǎng)培養(yǎng)模式。
近年來，該團隊又創(chuàng)造性地開發(fā)出集“高附加值微藻產(chǎn)品、微藻能源與微藻固碳”一體化的技術(shù)，并完成中試，有望在“十三五”期間實現(xiàn)工業(yè)化示范。
研究人員針對微藻能源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)中的基礎(chǔ)科學(xué)問題——能源微藻胞內(nèi)代謝及油脂合成與積累的生物學(xué)機制這一熱點方向開展研究。首先，研究人員圍繞異養(yǎng)-稀釋-光誘導(dǎo)串聯(lián)培養(yǎng)過程，首次發(fā)現(xiàn)小球藻異養(yǎng)細(xì)胞經(jīng)光誘導(dǎo)處理后可在短時間內(nèi)（12 h）提高油脂含量近1倍（Jianhua Fan, et al. Bioresoure Technology, 2012; Jianhua Fan, et al. PLoS ONE, 2012; Jianhua Fan, et al. Bioresoure Technology, 2014）；據(jù)此開展了C. pyrenoidosa的全基因組測序，揭示了首個具有工業(yè)化前景的淡水能源微藻的全基因組圖譜；然后，運用RNA-seq，首次分析了小球藻在異養(yǎng)和光誘導(dǎo)下的基因轉(zhuǎn)錄圖譜，鑒定發(fā)現(xiàn)2800多個差異表達(dá)基因，并在全局轉(zhuǎn)錄水平闡述了小球藻胞內(nèi)碳流在油脂、蛋白、色素、淀粉之間的協(xié)調(diào)分配和調(diào)控規(guī)律并重構(gòu)了C. pyrenoidosa的中心碳代謝、油脂和淀粉代謝途徑（如上圖），最后，基于基因組和轉(zhuǎn)錄組信息，成功建立了外源基因的高效表達(dá)體系，有望推動小球藻基因工程和合成生物學(xué)的研究。
該項研究工作是在李元廣教授和中科院青島能源所徐健研究員的共同指導(dǎo)下完成，中科院遺傳發(fā)育所胡贊民研究員團隊也參與了部分工作，并獲李元廣教授主持的“973”項目“微藻能源規(guī)模化制備的科學(xué)基礎(chǔ)”、國家自然科學(xué)基金、上海市晨光計劃等項目的支持。