编辑推荐：
本研究聚焦于微藻中β-胡萝卜素和虾青素的健康促进特性，探讨盐度和光照强度对其生物合成的影响，为微藻生物技术应用提供了新见解。
微藻作为生物技术的重要资源，因其富含高价值的类胡萝卜素如β-胡萝卜素和虾青素而备受关注。这些化合物不仅具有重要的生态和工业价值，还对人类健康有显著益处。然而，目前微藻中类胡萝卜素的生产仍面临诸多挑战，如产量不稳定、环境因素影响等。为了提高微藻中β-胡萝卜素和虾青素的产量，同时探索其在不同环境胁迫下的生物合成机制，研究人员开展了深入研究。本研究由中央大学（印度）的研究团队完成，相关成果发表在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》上。
研究人员采用的主要技术方法包括微藻培养、基因表达分析、代谢工程和CRISPR-Cas9基因编辑技术。通过这些方法，研究团队系统地分析了不同盐度和光照强度条件下微藻中β-胡萝卜素和虾青素的积累情况，并探讨了其生物合成途径。
研究背景与意义
微藻作为一种光合微生物，能够利用光能和无机营养物质合成生物量和多种生物活性化合物。其中，类胡萝卜素是一类重要的次生代谢产物，具有抗氧化、抗炎和抗癌等多种健康促进特性。β-胡萝卜素是一种重要的维生素A前体，而虾青素则以其超强的抗氧化能力而闻名。然而，微藻中类胡萝卜素的合成受到多种环境因素的影响，尤其是盐度和光照强度。本研究旨在通过分析这些环境胁迫对微藻中类胡萝卜素生物合成的影响，为提高其产量提供理论依据。
研究方法
研究人员首先在不同盐度（0.17 M NaCl至3.5 M NaCl）和光照强度（100 μmol photons/m2/s至1500 μmol photons/m2/s）条件下培养微藻，包括Dunaliella salina、Haematococcus pluvialis和Chromochloris zofingiensis等常见种类。通过高效液相色谱（HPLC）分析类胡萝卜素的含量，并结合转录组学分析关键基因的表达变化。此外，研究还利用CRISPR-Cas9技术对相关基因进行编辑，以验证其在类胡萝卜素生物合成中的功能。
研究结果
盐度和光照强度对类胡萝卜素积累的影响
研究发现，高盐度和高光照强度显著促进了微藻中β-胡萝卜素和虾青素的积累。例如，在Dunaliella salina中，光照强度从100 μmol photons/m2/s增加到1000 μmol photons/m2/s时，β-胡萝卜素含量增加了31.5%[63]。在Haematococcus pluvialis中，1 M NaCl和800 μmol/m2/s光照强度下培养的藻株，虾青素含量比对照组高出5倍以上[65]。
类胡萝卜素生物合成途径的解析
研究人员详细解析了微藻中类胡萝卜素的生物合成途径，发现其主要通过甲基赤藓醇磷酸（MEP）途径在叶绿体中合成。在高盐和高光照胁迫下，微藻通过上调关键基因的表达（如PSY、PDS和LCYB），增加了类胡萝卜素的合成。例如，Haematococcus pluvialis中PDS基因的过表达使其虾青素产量达到34.3 mg/L，比野生型提高了近1倍[62]。
基因编辑技术的应用
通过CRISPR-Cas9技术，研究人员成功敲除了Chlamydomonas reinhardtii中的ZEP基因，导致其叶黄素含量增加了56倍[11]。此外，Dunaliella salina中通过导入Haematococcus pluvialis的bkt和chyb基因，实现了虾青素的生物合成，并提高了对高光照的耐受性[170]。
研究结论与讨论
本研究系统地分析了盐度和光照强度对微藻中β-胡萝卜素和虾青素积累的影响，并通过基因编辑技术验证了关键基因的功能。这些发现不仅为提高微藻中类胡萝卜素的产量提供了理论支持，还为未来的代谢工程和基因编辑应用提供了新的思路。通过优化环境条件和基因编辑策略，有望进一步提高微藻中类胡萝卜素的产量，为健康食品和生物制药领域提供更丰富的资源。此外，本研究还强调了微藻在应对环境胁迫时的适应性机制，为理解其生态功能提供了重要参考。
