青岛能源所调控微藻光能利用率的研究取得进展

      微藻是地球上最初级的生产者，分布广泛，生长迅速，具有很高的碳水化合物和油脂生产率，被认为是生物质能的重要组成部分，同时也广泛应用于饲料、营养保健和医药工业。微藻生物质的生产是微藻产业发展的前提。作为光合自养生物，光能利用效率决定了真核微藻的生长和生物质的积累。因此，提高微藻光能利用效率始终是微藻研究领域的热点。青岛能源所分子微生物工程团队在李福利研究员的带领下也一直专注于通过改造微藻光合系统来提高其光合效率。

      通过重离子诱变，该团队成功的构建了绿藻Desmodesmus sp. SP1的突变库，并从中筛选到了一株油脂产率得到显著提高的突变株，而且具有耐高光的特点。转录组分析表明突变体中控制捕光色素天线蛋白表达的基因LHCB的表达量相较于野生型发生了显著下调，而免疫印迹实验进一步证明了突变体中捕光蛋白量的显著下降。捕光蛋白天线数量的下降避免了突变体摄入过多光能，从而保护其光合系统免受过量光能的损害。为了验证理性调控微藻捕光天线大小的可能性，分子微生物工程团队进一步以模式微藻Nannochloropsis gadiatana为研究对象，首次利用CRISPR/Cas9技术对光合代谢途径中的一个关键捕光蛋白基因LHCBM进行了精确敲除(图1)，所得到的转化子的捕光天线色素含量发生了显著下降，对光合系统的保护能力也得到了显著提高(图2)。实验证明了通过对捕光蛋白基因进行直接改造以提高光合自养生物光能利用率的可行性。相关研究论文已经被Journal of Applied Phycology接受，将于近期在线发表。

       上述研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金和山东省重点研发计划的支持。

图1. 利用CRISPR/Cas9技术精确敲除N. gadiatana的捕光蛋白基因LHCBM(NgCas9-LHCBM)。

图2. 转化子(NgCas9-LHCBM)的生长速率没有下降(a)，捕光天线色素含量显著下降(b)，对光合系统的保护能力显著提高(c, d)。