微藻脂肪合成与代谢调控_朱顺妮
第23卷第10期2011年10月
化学进展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol．23No．10Oct．2011
微藻脂肪合成与代谢调控
朱顺妮
1
*
王忠铭
1
尚常花
1
周卫征
1，2
杨康
1
袁振宏
1＊＊
（1. 中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室
2. 华南农业大学生命科学学院
摘
要
广州510642）
广州510640；
随着能源与环境问题的日益严峻，利用微藻生产生物柴油已经成为研究者们关注的焦点。与
传统油料作物相比，微藻具有生长速度快、含油量高、不占用耕地等优势，是极具潜力的生物燃料生产原料。虽然许多微藻在压力条件下会在细胞内积累脂肪，特别是中性脂肪三酰甘油（TAG ），它是生产生物柴油的但目前对于微藻脂肪的合成和代谢调控还了解的很少。为了更好地理解和操纵微藻脂肪代谢以主要原料，
增强脂肪积累，本文综述了微藻脂肪合成与代谢调控的研究进展，包括TAG 生物合成途径，提高脂肪积累的阐述了营养控制对脂肪积累的影响，总结了增强脂肪酸合成途径、增强Kennedy 生化调控和基因工程策略，
途径、调控TAG 旁路途经、抑制脂肪合成的竞争途径、抑制脂肪的分解代谢等5种基因工程策略，同时也对微藻脂肪代谢研究的发展进行了展望。
关键词
微藻
脂肪代谢
TAG 生物合成
生化调控
基因工程
中图分类号：Q5；TK6
文献标识码：A
281X （2011）10-2169-08文章编号：1005-
Lipid Biosynthesis and Metabolic Regulation in Microalgae
Zhu Shunni 1
Wang Zhongming 1
Shang Changhua 1
2
Zhou Weizheng 1，
Yang Kang 1Yuan Zhenhong 1＊＊
（1. Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate ，Guangzhou Institute of Energy Conversion ，
Chinese Academy of Sciences ，Guangzhou 510640，China ；
2．College of Life Sciences ，South China Agricultural University ，Guangzhou 510642，China ）Abstract
With the increasingly severe energy and environmental problems ，biodiesel from microalgae has
become a hot topic．Compared with traditional oil crops ，microalgae have advantages of rapid growth ，high lipid content ，non-occupation of arable land ，etc．，which have been considered as a highly potential feedstock of biofuels．Although neutral lipids ，especially triacylglycerols （TAG ）which are the main feedstock of biodiesel production ，can be accumulated in many algal cells under stress conditions ，little is known about microalgal lipid synthesis and metabolic regulation so far．In order to better understand and manipulate microalgal lipid metabolism for improvement of lipid production ，we present an overview of advances of lipid biosynthesis and metabolic regulation in microalgae ，including TAG biosynthesis pathway ，biochemical regulation and genetic engineering strategies．Effects of nutrition on lipid production are represented．Five genetic engineering strategies are summarized including enhancement of fatty acids synthesis pathway ，enhancement of Kennedy pathway ，regulation of alternative pathway of TAG ，inhibition of competing pathway of lipid biosynthesis and lipid catabolism．The prospects of research on microalgal lipid metabolism are also discussed．
Key words
microalgae ；lipid metabolism ；TAG biosynthesis ；biochemical regulation ；genetic engineering
收稿：2011年1月，收修改稿：2011年5月
*广东省自然科学基金项目（No. [**************]01）、广东省中科院全面战略合作项目（No. 2010A090100010）和中科院可再生能源与天然气水合物重点实验室基金项目（O907jd ）资助＊＊Corresponding author
e-mail ：yuanzh@ms．giec．ac．cn
Contents
122. 12. 2344. 14. 24. 34. 44. 55
Introduction
TAG biosynthesis pathways Fatty acids synthesis pathway Kennedy pathway
Biochemical regulation of lipid accumulation Genetic engineering strategies of lipid accumulation Enhancement of fatty acids synthesis pathway Enhancement of Kennedy pathway Regulation of alternative pathway of TAG Inhibition biosynthesis
Inhibition of lipid catabolism Conclusion and prospects
of
competing
pathway
of
lipid
（有些藻的倍增时间只有几个小时），且许多微藻富含脂肪（20%—50%），尤其是积累了大量中性脂肪微藻具有很高的光合产量。三酰甘油（TAG ）；其次，
陆生植物的光合效率大概为0. 5%，而微藻能将3%—8%的太阳能转化为生物质。此外，相对于陆生植物，微藻对土地质量要求不高，不需要占用耕地，因此不会对粮食的生产构成威胁。微藻可以在盐碱地、甚至沙漠地区生长，可以利用农产品滩涂、
废弃物或者污水中的氮和磷。利用光生物反应器控制培养条件还能实现微藻的全年养殖。
尽管利用微藻生产生物柴油具有替代化石燃料的潜力，甚至是目前唯一有潜力满足全球运输燃料需求的可再生油料来源
［5］
，但其商业化应用仍然存
在经济性的挑战，需要从生物学和工程学角度对微最终藻生产生物柴油的关键技术进行探索与开发，提高微藻含油量达到降低生产成本的目的。其中，
是降低生产成本的重要途径之一。为了实现这一目有必要对微藻的脂肪代谢进行深入研究。本文的，
针对自养真核微藻，从生物学角度综述脂肪可能的合成途径以及提高脂肪积累的生化调控和基因工程策略，并展望了微藻脂肪代谢研究的发展前景。
1引言
为了降低对化石燃料的依赖以及减少其燃烧造
成的温室气体排放，生物燃料被提出并受到广泛关如风能、潮汐能、注。相比其他形式的可再生能源，
太阳能，液体生物燃料不仅可以储存太阳能，还可以直接用于现有的发动机和运输基础设施。此外，在也没有其他可再生能源能够实际可以预见的将来，替代航空和船运燃料
［1］
2TAG 的生物合成途径
微藻细胞内的脂肪可以分为两大类，即极性脂
。迄今，由玉米、淀粉、甘蔗
油菜籽等等生产的生物乙醇和由油料作物如棕榈、生产的生物柴油是最广泛使用的生物燃料形式，但这些第一代生物燃料存在产量低、与粮食作物争地的缺点，不具可持续性发展的条件。2010年我国交通运输所需燃油大概1. 4亿吨，以油菜籽为例，若想要完全替代目前我国的运输需求，则需要占用土地面积70—90Mha ，超过我国现有耕地面积的60%［2］。
在过去的2—3年，利用微藻生产生物柴油已经成为研究者关注的焦点。这是因为微藻相对于其他油料作物有许多优势
［3，4］
是肪和中性脂肪。极性脂肪包括多种磷脂和糖脂，构成各种细胞器膜及细胞质膜的主要成分。中性脂肪包括三酰甘油（TAG ）、二酰甘油（DAG ）和胆固醇等，通常是细胞在压力条件下（如缺氮、高光等）积累的产物，用于储存能量以便在条件适宜时重新支TAG 是中性脂肪的主持细胞的生长和分裂。其中，
要成分，也是生产生物柴油的主要原料。TAG 在酸碱催化剂作用下与甲醇发生转酯化反应生成脂肪酸甲酯（生物柴油）和副产物甘油（如图式1所示）。
［3，6—8］
（见图1）包括脂肪酸合形成TAG 的主要途径
：首先，微藻生长速度快成途径和TAG 合成途径（即Kennedy 途径）
。
图式1生产生物柴油的转酯化反应
Transesterification reaction for biodiesel production
Scheme．1
游离脂肪酸被运出叶绿体，在为了合成TAG ，
内质网（ER ）上进行Kennedy 途径组装形成TAG 。Kennedy 途径是依赖于酰基辅酶A （acyl-CoA ）的，也就是说TAG 的形成需要acyl-CoA 的参与。在内质TAG 合成的第一步是3-磷酸甘油（G3P ）和网上，
acyl-CoA 在甘油三磷酸酰基转移酶（GPAT ）的作用1位发生酯化反应生成溶血磷脂酸（LPA ），下在sn -2位接着由溶血磷脂酸酰基转移酶（LPAAT ）在sn -发生酯化生成磷脂酸（PA ）。在磷脂酸磷酸酶（PAP ）催化下PA 脱去磷酸形成二酰甘油（DAG ），3位最后经二酰甘油酰基转移酶（DGAT ）催化在sn -上酯化形成TAG 。TAG 以脂肪体（lipid bodies ）的形
图1Fig．13-PGA ：DAG ：
微藻脂肪TAG 可能的生物合成代谢途径
Putative biosynthesis pathway of TAG in mircoalgae 3-phosphoglycerate ；diacylglycerol ；
ACCase ：
acetyl
CoA acyl
式储存在细胞内脂
［3］
［9］
。在这个过程中，PA 和DAG 也
能作为底物合成极性脂肪，如磷脂酰胆碱和半乳糖
。实际上，TAG 的积累不只是简单用于储存碳它在整个藻细胞的生命周期中还起着至源和能源，
关重要的生理作用，比如周转膜脂，消耗光合作用电子传递链中过量电子以及光保护作用等
［3，8］
carboxylase ；ACP ：acyl carrier protein ；CoA ：coenzyme A ；
DGAT ：
diacylglycerol
transferase ；ER ：endoplasmic reticulum ；FAS ：fatty acid synthase ；FFA ：free fatty acid ；G3P ：glycerol-3-phosphate ；GPAT ：body ；
glycerol-3-phosphate acyltransferase ；LPA ：
lyso-phosphatidic
acid ；
LB ：
lipid lyso-LPAAT ：
。
脂肪代谢在藻类中的研究相对于高等植物来说以上微藻TAG 合成代谢途径是基于高等植非常少，
物以及有限的藻类研究结果而来。由于高等植物中许多脂肪代谢基因与藻类基因组序列同源，从藻类分离出的许多基因和酶的生化特性也与高等植物中因此认为藻类TAG 的合成途径与高等植物基相似，本一致
［3，10］
phosphatidic acid acyltransferase ；MAT ：malonyl-CoA ：ACP transacylase ；PA ：triacylglycerols
phophatidic acid ；
PAP ：
phosphatidic
acid phosphatase ；PDH ：pyruvate dehydrogenase ；TAG ：
。但是藻类的单个细胞能完成从CO 2
2. 1脂肪酸合成途径
CO 2进入叶绿体经过卡尔文循环（Calvin cycle ）
固定到TAG 合成的所有工作，而高等植物中TAG 的合成和积累只出现在特定的组织或器官（如种子或果实）中；藻类需要通过不利于生长的营养和环境条件（如缺氮或高光）诱导积累脂肪；藻类还能产生一般高等植物所没有的长链多不饱和脂肪酸（如EPA 和DHA 等），因此藻类的脂肪代谢还可能与高等植物的脂肪代谢存在不同
［3］
产生三磷酸甘油醛（3-PGA ），接着通过糖酵解途径（glycolytic pathway ）形成丙酮酸（pyruvate ）。丙酮酸在丙酮酸脱氢酶（PDH ）的作用下释放一分子CO 2并生成乙酰辅酶A （acetyl-CoA ）。乙酰辅酶A 转化为丙二酰辅酶A （malonyl-CoA ）的这一过程被认为是脂肪酸合成的第一个关键反应，由乙酰辅酶A 羧该反应需要ATP 和CO 2（来自化酶（ACCase ）催化，
-HCO 3）参与，反应产物malonyl-CoA 是脂肪酸合成
。
3提高脂肪积累的生化调控
虽然微藻积累脂肪的能力与藻种密切相关，但
的中心碳供体。丙二酰基（malonyl ）从CoA 转移到蛋白辅因子酰基载体蛋白（ACP ）形成malonyl-ACP 。ACP 是脂肪酸生物合成必须的辅因子，此后所有反应都需要它参与，直到脂肪酸准备形成各种甘油脂或者被运出叶绿体。Malonyl-ACP 在脂肪酸合成酶（FAS ）的作用下经过一系列碳链加长和脱饱和反应最终形成以C16和C18为主的脂肪酸。这些脂肪酸是合成细胞膜、细胞器膜以及TAG 的前体物质。2. 2
Kennedy 途径
通常在适合的生长条件下微藻体内脂肪的含量并不高，而往往是当微藻处于生长不利的条件下才会启动脂肪的大量合成和积累。影响脂肪积累的因素包pH 、括营养（如氮、磷、铁）、光照、温度等，其中营养的控制是迄今研究最多，也是最容易操作的方式。
缺氮是报道最多的启动脂肪积累的营养限制因子，对许多藻种都有显著影响。尽管在缺氮的情况下，细胞的生长和细胞内各组分的合成受到抑制，但Chlorella 通细胞内的脂肪可以保持较高水平。比如，
［11］
C．常积累淀粉，但是Illman 等报道C．emersonii ，
使得生物质产时也造成细胞生长和光合作用受阻，率下降，影响整体脂肪产量
［21］
minutissima ，C．vulgaris 和C．pyrenoidosa 四种小球藻在低氮培养基中能积累的脂肪含量分别达到63%、57%、40%和23%。Neochloris oleoabundans 在且TAG 含量缺氮条件下能积累35%—54%的脂肪，占总脂的80%
［12，13］
。优化整体脂肪产量
即第一阶段细胞在营养充足可以采用两段培养法，
的条件下生长和分裂达到较高密度；第二阶段将细胞转至缺乏营养的培养液中促使细胞积累脂肪。Rodolfi 等［22］对比了Nannochloropsis 的几种户外培养方式，发现在营养充足条件下脂肪产量大约为50kg /ha /day ，而用两段培养后脂肪产量增加至90kg /ha /day 左右。
。Li 等［14］研究了氮源种类和浓
度对N．oleoabundans 细胞生长和脂肪积累的影响，在3种被测氮源（硝酸钠、尿素、碳酸氢铵）中，硝酸在浓度范钠是最适合细胞生长和脂肪积累的氮源，围为3—20mM 内脂肪含量随硝酸钠浓度的增加而降低。低氮有利于积累较多的脂肪，这可能是因为在细胞生长阶段氮较早被消耗完，从而启动了脂肪的积累。
除了氮源外，磷源也影响脂肪积累。磷的限制会使Monodus subterraneus 体内脂肪增加。当磷的含17. 5和0μM ，细胞总脂会随量从175下降到52. 5，
之增加，特别是TAG 含量显著增加，当磷源下降到0，细胞内磷脂从占总脂的8. 3%下降到1. 4%，而TAG 的含量从占总脂的6. 5%增加到39. 3%［15］。
在硅藻中，硅是影响脂肪代谢非常重要的营养因素，缺硅的Cyclotella cryptica 细胞比不缺硅的细胞中性脂肪含量高，且饱和脂肪酸以及单不饱和脂肪酸的比例也相对较高
［16］
4提高脂肪积累的基因工程策略
生物信息学分析表明微藻脂肪酸合成途径以及
TAG 合成途径与高等植物非常相似，因此基于高等植物基因工程研究，研究者们提出了针对微藻脂肪含量提高的基因工程策略。本文将其归纳为增强脂增强Kennedy 途径、调控TAG 的旁肪酸合成途径、
路途经、抑制脂肪合成的竞争途径以及抑制脂肪分并分别展开讨论。解5个方面，4. 1
增强脂肪酸合成途径
ACCase 被认为是第在脂肪酸生物合成途径中，一个关键限速酶。Roessler 等
［16］
发现硅藻Cyclotella
cryptica 缺硅4h 和15h 后，体内ACCase 的活性分促进了脂肪的积累。C．别提高了2倍和4倍，
cryptica 的ACCase 是一个由4个相同的含生物素的每个亚基是至少具有生物亚基组成的四聚体蛋白，
素羧化酶和羧基转移酶2个结构域的多功能肽链，分子量约为185kDa 。该酶的特性与许多高等植物
［23］
。的ACCase 相似，但在结构上与啤酒酵母更接近
。此外，研究者还发现高
［17］
铁或者高盐条件也能积累脂肪。如Liu 等在培－5
养基中添加1. 2ˑ 10M FeCl 3能使Chlorella
vulgaris 的总脂含量提高7倍，达到细胞干重的
［18］56. 6%，且对藻株生长影响不大。Takagi 等发现
Dunaliella 在高盐条件下培养能增加TAG 含量，虽然初始盐浓度高于1. 5M 会显著抑制细胞生长，但当初始盐浓度从0. 5M 增至1M 时，含油量从60%增至67%；而当初始盐浓度为1M ，并在对数中期或末期加入0. 5M 或1M 盐时，含油量进一步增至70%。
营养成分胁迫诱导微藻积累油脂可能的原因是：氮是细胞大分子的重要成分，磷是细胞器膜结构的组成成分，硅是硅藻细胞壁的组成成分，氮硅磷的胁迫使细胞分裂和增殖受到抑制，因此细胞对碳的同化更多的流向脂肪，其他非脂类成分也会逐渐向脂肪转化，使脂肪积累
［19］
研究者们试图通过超表达ACCase 以提高微藻脂肪含量，但没有得到预想结果。Dunahay 等
［24］
分别在
C．cryptica 和N．saprophila 体内超表达ACCase 后其活性提高了2—3倍，却没有观察到脂肪的提高。Sheehan 等［25］在提交给美国能源部的报告中指出脂肪生物合成途径可能受到反馈抑制，因此ACCase 酶活性虽然增强但是被细胞内的其他代谢途径所抵消，导致脂肪含量没有明显提高。此后微藻中ACCase 基因的表达调控对脂类合成的影响未见新的报道。
在脂肪酸合成途径中FAS 起着至关重要的作用，它催化脂肪酸碳链的加长。研究者们试图提高FAS 的3-酮脂酰-ACP 合酶Ⅲ（KAS Ⅲ）的表达量来调控脂肪代谢。Verwoert 等
［26］
。此外，磷对细胞的能量
生物转化相关过程（如光合磷酸化）非常重要，光合蛋白合成需作用需要大量蛋白（特别是Rubisco ），
要富含磷的核糖体。因此，缺磷使细胞代谢倾向于脂肪合成有可能是由于光合作用受到严重影响
［7，20］
在油菜籽中超表达
E．coli 的KAS Ⅲ，C18ʒ 1脂肪造成脂肪酸组成改变，酸含量降低，而C18ʒ 2和C18ʒ 3含量增加。这说明
。虽然营养限制能有效提高脂肪含量，但同
脂肪酸生物合成的调控发生了变化，但是没有提高脂肪含量且严重影响了细胞的生长。同样Dehesh 等
［27］
叶绿体的类囊体是主要的细胞内示）。在藻类中，
膜，其膜脂组成主要是单半乳糖二酰甘油（MGDG ， 50%），双半乳糖二酰甘油（DGDG ， 20%），硫代奎诺糖二酰甘油（SQDG ， 15%）和磷脂酰甘油（PG ， 15%）［41］。在压力条件下，叶绿体会发生降解，而大量的糖脂如何转化还不太清楚。Cho 等
［42］
将菠菜Spinacia oleracea 的KAS Ⅲ在3种植物
（烟草、拟南芥、油菜）中超表达，导致C16ʒ 0脂肪酸水平提高但脂肪合成速率降低。这可能是由于FAS 是一个包含多个亚基的多酶复合物，每个亚基的活性都与其他亚基相互依存。此外，异源表达多酶复合物可能存在在不同物种间多点控制的困难目前未见有在微藻体内超表达FAS 的报道。4. 2
增强Kennedy 途径
虽然通过增加脂肪酸合成的相关基因表达量试图提高脂肪含量没有取得成功，但超表达TAG 合成途径的基因可能会获得较好的结果。Vigeolas 等
［28］［7］
报道缺氮时D．salina 细胞的半乳糖脂特异的酰基水解产生的脂肪酸后续转化为水解酶活性提高，
TAG 。最近已成功克隆了C．reinhardtii 的PDAT 基因，并在酵母P．pastoris 中获得表达。重组PDAT 表现出多催化功能，包括磷脂和DAG 的转酰基作用、两分子DAG 之间的转酰基作用，甚至还具有脂肪酶活性
［38］
。
。
通过在油菜B．napus 的种子中超表达酵母的甘油-3-磷酸脱氢酶（G3PDH ）（该酶催化形成G3P ），使得在植物种子中超最终脂肪含量提高了40%。此外，
［29］31］33］
、LPAAT ［30，、DGAT ［32，表达GPAT 基因也都使
得脂肪含量明显提高。这些结果表明Kennedy 途径涉及的相关基因对于最终脂肪的形成非常重要，特它是催化TAG 形成的最后一步，是别是DGAT ，
Kennedy 途径中活性最低的酶，被认为是TAG 合成途径的瓶颈
［34］
图式2by PDAT
由PDAT 催化生成TAG 的旁路途经
Alternative pathway of TAG synthesis catalyzed
Scheme 2
。其底物二酰甘油（DAG ）既可以参
而DGAT 的与磷脂的合成又可以参与TAG 的形成，
超表达使更多DAG 参与TAG 合成。就微藻来说，已克隆和表征了硅藻T．pseudonana 中的GPAT 和DGAT2行
［38］
［36］
［35］
4. 4抑制脂肪合成的竞争途径
TAG 的形成除了受膜脂影响外，还受到其他储
能产物（碳水化合物）的调控。从20世纪70年代开始，美国国家可再生能源实验室启动了水生物种计划（the Aquatic Species Program ，ASP ），期间Roessler 博士［43］发现在硅藻中脂肪和金藻昆布多糖（chrysolaminarin ）是主要的储碳形式，并研究了在硅藻C．cryptica 中TAG 和金藻昆布多糖的碳分配关系。研究发现缺硅后金藻昆布多糖合成酶活性下降了31%，流向脂肪的碳从27. 6%增至54. 1%，而流向金藻昆布多糖的碳从21. 6%下降至10. 6%，表明分配到脂肪中的新碳可能是由于抑制了金藻昆布多糖合成酶的结果。于是Jarvis 和Roessler 提出通过抑制金藻昆布多糖的合成可以使光合碳更多流向脂肪的设想。当他们正在利用反义RNA 技术抑制UGPase （金藻昆布多糖合成途径的关键酶）的表达来验证所提出的假设时，这项持续了18年之久的计划由于制油成本太高而终止，因此这部分研究也没有继续进行下去
［25］
，绿藻O．tauri 中的DGAT2
［37］
。有关
C．reinhardtii 中GPAT 和DGAT 的研究也正在进
。虽然目前还没有超表达这些酶能否提高微藻脂肪含量的报道，不过植物的脂肪代谢研究成果为微藻的相关研究提供了参考依据，在微藻中超表达Kennedy 途径相关酶的基因可能是个突破。4. 3
调控TAG 的旁路途经（alternative pathway ）细胞内脂肪代谢调控非常复杂，含有多种与TAG 合成相关的途径，每种途径对最终TAG 形成的贡献取决于环境或者培养条件。TAG 的形成除了Kennedy 途径之外，还可以通过膜脂（磷脂或者糖脂）转化形成。在微藻快速生长阶段体内形成的TAG 很少，脂肪的代谢主要集中在膜脂的合成，而在生长条件不适宜的时候光合膜快速降解同时积累大量TAG ，其中一部分TAG 可能从膜脂转化而来
［15］
。在细菌
［39］
、酵母和植物
［40］
中都发现了一种
。
不依赖于acyl-CoA 的TAG 合成途径，即以磷脂作为酰基供体而DAG 作为酰基受体，通过磷脂：二酰甘油酰基转移酶（PDAT ）催化形成TAG （如图式2所
另一类植物和藻类中常见的储能碳水化合物是它与TAG 拥有共同的前体物3-PGA 。植物和淀粉，
藻的淀粉合成途径如图式3所示，所有反应都在叶
绿体中完成。淀粉合成的关键反应是由ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase ）将1-磷酸葡萄糖和ATP 催接着化转化成ADP-葡萄糖和无机焦磷酸（PPi ），ADP-葡萄糖被淀粉合成酶和分支酶用于延伸淀粉颗粒的葡聚糖链
［44］
46］
。已有研究表明［45，在植物中
由于微藻目前还缺乏有效的同源重组，因此通过随机突变或者RNA 沉默来达到脂肪分解相关基因的失活可能是一个提高脂肪积累的策略。β-氧化是真核生物中脂肪酸降解的主要代谢途径，它消耗TAG 的前体物质脂肪酸用作特定生理条件下的细胞能量，因此阻断这一途径可能会增加TAG 的产生。在高等植物中有通过该策略使脂肪含量增加的报道
［52］
淀粉和脂肪的合成途径存在相互关系，但它们之间
［47］
的调控机制还不清楚。最近Wang 等和Li
等
［48，49］
分别报道了不产淀粉的突变藻株C．，但同时幼苗的发育也受到了抑制。在微藻
reinhardtii BAFJ5在缺氮后TAG 含量比野生型有明显增加。突变藻株BAFJ5由于编码AGPase 小亚基1基因发生突变，的sta 6-导致ADPase 失活而不能产生淀粉藻
［25］
［50］
而中尚未见相关报道。许多微藻在白天积累TAG ，在晚上消耗它以支持细胞内ATP 需求和细胞分裂。因此，抑制β-氧化会阻止晚上TAG 的损失但也极有可能使细胞生长减缓。所以这一策略可能不利于户外开放池培养，但是对于在光生物反应器中培养微藻可能是个有效的办法，可以通过外加碳源和连续光照使细胞持续生长
［6］
。野生型Chlamydomonas 不属于含油微
，通过高光缺氮诱导只积累2%的TAG ，但是
阻断淀粉合成途径后，突变藻株TAG 含量增加了10
［51］倍，达到干重的20. 5%。Ramazanov 等将
。
Chlorella pyrenoidosa 82T 通过紫外诱变获得一株不产淀粉的突变株STL-PI ，在缺氮条件下突变株积累脂肪的含量（38. 0%）明显高于野生型（18. 9%）。这些研究结果表明通过阻断碳水化合物的合成途使本该流向这部分的碳转而流向TAG 合成，这径，
可能是获得高含油微藻的一个有效手段。本实验室正在开展抑制淀粉合成对脂肪代谢的调控研究，目前已利用同源克隆和RACE 等方法获得了4种微藻AGPase 的全长基因，为进一步研究其对脂肪合成的影响奠定了基础
。
5总结与展望
随着化石燃料的日益枯竭和能源供应的日趋紧
张，利用微藻生产生物燃料逐渐成为全球瞩目的焦点。但微藻生物燃料的商业利用还存在许多挑战，其中之一是如何提高微藻的脂肪含量，这就需要对微藻脂肪代谢特别是TAG 的生物合成和代谢调控有清楚的认识。微藻的脂肪代谢机制目前较多地参考了高等植物的研究结果，两者虽然相似但可能仍有必要加强微藻脂肪代谢的基础研究。提有不同，
高脂肪的积累可以通过生化调控或者基因工程策略，其中生化调控最有效的手段是限制氮源，但是生化调控往往是以牺牲细胞增殖和生长为代价的，因此需要对培养工艺进行优化以保证在不影响细胞整体生长的同时积累脂肪。在认识微藻脂肪合成机理的基础上，可以对已经基因测序的微藻进行基因工程操纵，以获得脂肪增加的藻株。以往对高等植物增强TAG 合成途径中酰基转移酶的表的研究表明，
达比增强脂肪酸合成能更有效地提高含油量成过程中的多个关键酶
［53］
［10］
，但
在微藻中是否如此还不清楚。同时超表达TAG 合
也是一个提高脂肪合成
的策略，但目前来说操纵多个基因还存在难度，而且由于缺乏微藻的遗传信息，并不是所有藻株都适合基因改造。目前核基因组已被测序的真核藻有8种
［6，54］
图式3叶绿体中淀粉的生物合成途径
Starch biosynthesis pathway in chloroplast
1-phosphate ；PPi ：
AGPase ：
ADP-glucose
SS ：
Scheme 3G-1-P ：
3-PGA ：3-phosphoglycerate ；G-6-P ：glucose 6-phosphate ；
glucose
pyrophosphorylase ；
inorganic pyrophosphate ；
，包括红藻Cyanidioshyzon merolae ，两种硅藻
Thalassiosira pseudonana 、Phaeodactylum tricornutum ，五种绿藻Chlamydomonas reinhardtii 、Ostreococcus tauri 、Ostreococcu lucimarinus 、Micromonas pussila 、Chlorella sp．NC64A 。另外还有一些藻基因测序的
starch synthases ；BE ：branching enzymes
4. 5抑制脂肪的分解代谢
J．
Pseudo-项目正在进行，包括Fragilariopsis cylindrus 、nitzschia 、Thalassiosira rotula 、Botryococcus braunii 、Chlorella
vulgaris 、Dunaliella
salina 、Micromonas
purpurea 、
［6］
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。微藻
基因组序列的测定会极大推动微藻基因工程研究并
脂肪的形成机制非常复杂，除了中心合成途径还受到其他代谢途径的调控，因此简单地操纵一外，
个基因或几个基因可能并不能达到理想的效果，因而需要对整个代谢网络有全面的认识。通过转录因子调节基因的表达以此来调节微藻脂肪代谢是最近提出的一个新策略
［7］
。转录因子是指专一地结合
于DNA 特定序列上，能激活或抑制基因转录的蛋白转录因子策质。与基因工程只基于单个基因不同，
因此可以同时综略影响多个代谢途径的大量基因，
合调控这些代谢途径，而不会有在基因工程操作中问题。虽然转录因子的研经常出现的“二级瓶颈”
究在动物、植物和微生物中已有一些进展，但在微藻采用这一策略首先脂肪合成方面还没有相关报道，
需要从确定微藻脂肪调控的转录因子着手。目前大量已经建立起来的有关鉴定、纯化和表征转录因子的技术为此研究提供了较好的基础。现代生物技术的发展使构建高含油量微藻成为可能，但要做到不实现微藻的高密度影响甚至促进细胞增殖和生长，
规模化培养，最终降低生产成本，还存在许多挑战。
尽管微藻脂肪代谢的研究才刚刚起步，但由于微藻生物燃料的现实意义，已有越来越多的研究者开始关注这一领域。高等植物脂肪代谢的相关研究已经开展了多年，并取得了重要进展，为微藻的研究提供了很好的借鉴和参考，相信微藻脂肪代谢研究一定会有快速的发展。
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