圖1 不同CO₂濃度下C-169的生理生化指標及脂肪酸含量

MicroRNAs(miRNAs)是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性的具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其長度約為20-25個核苷酸。成熟的miRNAs是由較長的初級轉(zhuǎn)錄本經(jīng)過一系列核酸酶的剪切加工而產(chǎn)生的，隨后組裝進RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，通過堿基互補配對的方式識別靶mRNA，并根據(jù)互補程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻譯。近年來的研究表明，miRNA參與了多種調(diào)節(jié)途徑，包括發(fā)育、病毒防御、造血過程、器官形成、細胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。

最近，華南理工大學魏東教授團隊的研究人員針對膠球藻C-169細胞內(nèi)的miRNA識別和鑒定進行了系統(tǒng)研究，在International Journal of Molecular Science發(fā)表文章“Identification and characterization of miRNAs in Coccomyxa subellipsoidea C-169”，這是第一個關(guān)于膠球藻C-169 miRNA識別及功能分析的報道。該藻種分別置于0.04%?CO₂和2%?CO₂的環(huán)境進行光自養(yǎng)培養(yǎng)，第四天（根據(jù)前期研究這個時間點開始積累油脂）時離心收集兩組藻泥用于后續(xù)miRNA分析。通過miRbase 21.0、Gene Ontology、KEGG等數(shù)據(jù)庫對所有miRNA進行鑒定分析，并對其調(diào)控的靶基因進行功能分析。

圖2. (a) sRNA的長度及分布。(b) miRNA的長度及分布。(c)新型miRNA的前體結(jié)構(gòu)

本研究共鑒定出保守miRNA?118個和新型miRNA?6個，長度均在18-24 nt之間，其中21nt比例最高。與其他微藻Botryococcus braunii、Chondrus crispus、Porphyridium purpureum和Eucheuma?denticulatum中已鑒定的miRNA相比，C-169的miRNA家族表現(xiàn)出一定的相似性及保守性。對鑒定所得miRNA進行靶基因預(yù)測，得到384個靶基因，顯著富集于泛酸和CoA合成、C5支鏈酸代謝、2-羥羧酸代謝、丁酸代謝，以及纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸合成等六個過程。在215個已注釋的靶基因中，80個基因與代謝密切相關(guān)，如氧化磷酸化、光合作用、氨基酸合成及三羧酸循環(huán)等，尤其是21個靶基因富集在脂質(zhì)代謝中。盡管一些miRNA與靶基因之間存在顯著的負表達關(guān)系（Opposite regulation patterns），因為細胞內(nèi)參與代謝過程的基因表達受多種因素影響，大多數(shù)miRNA與靶基因之間不存在這一關(guān)系。但本研究中仍有26.25%與代謝相關(guān)的靶基因參與到脂質(zhì)代謝中，表明miRNA在調(diào)控膠球藻C-169脂質(zhì)代謝中的重要性，一定程度上解釋了微藻油脂合成和積累與CO₂這一環(huán)境驅(qū)動因子的作用機制。此外，49個靶基因被鑒定參與到轉(zhuǎn)錄及翻譯過程中，包括11個剪切體、15個轉(zhuǎn)錄因子、8個翻譯因子和6個核糖體調(diào)控因子，從上游對相關(guān)代謝途徑進行調(diào)控。

圖3 參與脂質(zhì)代謝的靶基因

本研究首次鑒定并分析了富油微藻膠球藻C-169中miRNA及其調(diào)控靶基因的對應(yīng)關(guān)系，為通過基因工程和系統(tǒng)生物學手段改造能源微藻的相關(guān)代謝途經(jīng)、強化油脂合成提供了重要的理論依據(jù)。

參考鏈接：

Huifeng Peng, Dong Wei^*, Gu Chen^*?and Feng Chen. Transcriptome analysis reveals global regulation in response to CO₂?supplementation in oleaginous microalga Coccomyxa subellipsoidea?C?169.?Biotechnol Biofuels.?2016, 9, 151.?https://link.springer.com/article/10.1186/s13068-016-0571-5

Runiqing Yang, Gu Chen, Huifeng Peng and Dong Wei^*. Identification and characterization of miRNAs in Coccomyxa subellipsoidea?C-169.?Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(14), 3448. https://www.mdpi.com/1422-0067/20/14/3448?

綠藻基因組的測序提供了推進清潔能源 生物產(chǎn)品的藍圖

“該基因組將成為開發(fā)可再生和可持續(xù)微藻生物燃料以促進清潔能源和更清潔環(huán)境的重要資源，”研究的主要作者，Niyogi實驗室的博士后研究員Melissa Roth說。“藻類吸收二氧化碳，并且通過光合作用固有太陽能，但是C. zofingiensis還有一個額外的好處，即可以在非耕地和廢水中種植?！盢iyogi還指出，C。zofingiensis是蝦青素的天然來源，蝦青素是一種源自膳食藻類的抗氧化劑，使鮭魚呈現(xiàn)粉紅色。在藻類中，蝦青素被認為可以提供免受氧化應(yīng)激的保護。

“這種海藻有潛力作為營養(yǎng)保健品，”Niyogi說，他也是加州大學伯克利分校的植物和微生物生物學教授?！澳壳罢谶M行研究，以確定蝦青素的抗炎特性是否有益于治療癌癥，心血管疾病，神經(jīng)退行性疾病，糖尿病和其他人類健康問題?！?/span>

為了深入研究細胞，研究人員依靠國家X射線斷層掃描中心(NCXT)，這是一個位于實驗室高級光源的伯克利實驗室 – UCSF聯(lián)合項目。使用軟X射線斷層掃描技術(shù)，這種技術(shù)可與計算機斷層掃描相媲美，科學家對藻類基因組的部分進行成像，然后重建，以生成三維視圖。捕獲細胞分成兩個，四個甚至十六個子細胞。

“結(jié)合多種測序技術(shù)，我們能夠生成基因組的染色體水平組裝，這是一種非常高水平的藻類結(jié)構(gòu)，與模式生物相似。事實上，C。zofingiensis的質(zhì)量基因組可以媲美模型綠藻 Chlamydomonas reinhardtii，這是大約十年前的第一次測序，“羅斯說。

藻類含有大約15,000個基因。