蓝光信号响应转录因子HpZF与HpMYB调控雨生红球藻虾青素合成的分子机制

本研究针对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)虾青素合成途径中蓝光信号响应机制不明的科学问题，通过生物信息学预测筛选出8个潜在蓝光响应元件(BLE1-8)，并鉴定出特异性结合BLE7和BLE3的转录因子HpZF与HpMYB。研究首次在裂殖壶菌(Schizochytrium)中验证二者可显著提升虾青素产量，为蓝光调控藻类次级代谢的分子机制提供新见解，奠定虾青素资源开发的理论基础。

　　

在微藻生物技术领域，雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)因其卓越的虾青素(astaxanthin)生产能力被誉为"自然界的虾青素工厂"。这种橙红色酮类胡萝卜素具有超强抗氧化活性，在食品、保健品和医药领域应用广泛。然而，藻株在逆境条件下虽能积累占干重4%的虾青素，但工业化生产仍面临效率瓶颈。有趣的是，蓝光被证实是诱导虾青素合成的关键环境因子，但其分子调控机制如同"黑箱"，制约着定向育种和代谢工程的发展。

为破解这一科学难题，来自滨州医学院和中国科学院天津工业生物技术研究所的研究团队在《Bioresource Technology》发表重要成果。研究首次系统鉴定了虾青素合成通路基因上游的8个蓝光响应元件(BLE)，并捕获到两个关键转录因子(TF)——锌指蛋白HpZF和MYB家族成员HpMYB，揭示它们如同"分子开关"般特异性识别DNA元件BLE7与BLE3。更引人注目的是，在异源宿主裂殖壶菌(Schizochytrium)中表达这两个TF，即使脱离蓝光诱导仍能显著提升虾青素产量，为代谢工程提供了新靶点。

研究采用多组学技术联用策略：通过生物信息学预测和启动子-报告基因(lacZ)瞬时表达验证BLE功能；运用酵母单杂交技术从雨生红球藻cDNA文库中"钓取"结合BLE的TF；借助亚细胞定位明确HpZF/HpMYB的核定位特性；最后在裂殖壶菌中构建异源表达系统评估TF功能。实验所用藻株FACHB-712购自中科院水生所淡水藻种库，裂殖壶菌由合作实验室提供。

微生物菌株与培养条件
雨生红球藻在BBM培养基中采用12h/12h光暗周期培养，裂殖壶菌在22℃、180rpm条件下振荡培养，为后续实验提供标准化生物材料。

蓝光响应元件与转录因子预测
生物信息学分析发现ggps基因上游的BLE1-3等8个元件与已知蓝光响应元件相似度超90%。通过构建BLE-35S-lacZ报告系统，证实这些元件能驱动外源基因表达，如同"分子增强子"发挥作用。

结论
研究不仅鉴定出HpZF/HpMYB这对"信号传导搭档"，更发现HpMYB对裂殖壶菌转录组影响更为显著。尽管二者在异源系统中未展现蓝光响应性，暗示雨生红球藻可能存在更复杂的蓝光感知网络。

学术价值与应用前景
该研究首次绘制出蓝光信号经TF-BLE模块调控虾青素合成的分子路线图，为理解环境信号-基因表达-代谢流重构的级联反应提供范式。特别值得注意的是，HpMYB对次级代谢的广谱调控能力，为构建"免光照诱导"的虾青素细胞工厂奠定基础。从产业视角看，这项发现有望突破传统光照培养的成本瓶颈，推动微藻合成生物学进入精准调控新时代。

（注：全文数据均来自原文，专业术语如转录因子(TF)、锌指蛋白(HpZF)等首次出现时均标注英文缩写，保留^-2s^-1等标准格式，作者单位按原文采用中文表述）