茉莉酸甲酯调控丝状微藻Tribonema minus中二十碳五烯酸与二十二碳六烯酸生物合成的代谢级联反应

研究人员针对微藻天然ω-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）含量低的问题，通过外源甲基茉莉酸酯（MeJA）诱导Tribonema minus，使EPA和DHA分别提升52倍和3.54倍，同时发现PUFA合成通路关键基因（TmMCAT、TmKAS等）表达上调。该研究为低成本生产高附加值微藻油提供了新策略，符合联合国可持续发展目标。

　　

随着全球对ω-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）需求激增，传统鱼类资源面临过度捕捞与环境污染的双重压力。微藻作为可持续替代来源，其天然PUFA含量却普遍偏低，尤其是具有神经保护和心血管益处的二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）。丝状微藻Tribonema minus虽生长迅速，但此前研究多聚焦于生物柴油用单不饱和脂肪酸，其ω-3 PUFA合成机制尚属空白。

江苏大学的研究团队创新性地利用植物激素茉莉酸类物质（JAs）的调控作用，通过外源添加甲基茉莉酸酯（MeJA）激活Tribonema minus的PUFA合成通路。研究发现10 μM MeJA处理使EPA和DHA含量分别爆发性增长52倍和3.54倍，同时伴随α-亚麻酸（ALA）等前体物质的积累。基因组分析揭示启动子区含有JA结合元件的脂肪酸合成关键基因——丙二酰-CoA ACP转酰基酶（TmMCAT）、β-酮脂酰-CoA合酶（TmKAS）和Δ12脂肪酸去饱和酶（TmΔ12FAD）表达显著上调。20 μM MeJA处理组更使PUFA生物合成通路活性提升87.5%，且藻体生物量增加61%，光合效率与CO₂固定率同步提高。

研究采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）定量脂肪酸，通过KEGG通路富集分析代谢变化，结合qRT-PCR验证基因表达。特别值得注意的是，MeJA在提升PUFA的同时，显著增强了光系统I P700叶绿素a脱辅基蛋白A1和RuBisCO大亚基的表达，说明其具有多重生理调控功能。

主要研究发现包括：

1. T. Minus生长响应中等浓度MeJA：20 μM MeJA使生物量产率提升61%，突破传统认为JAs抑制生长的认知。
2. 代谢通路激活：KEGG分析显示PUFA合成关键酶基因簇协同上调，尤其是ω-3去饱和酶分支通路。
3. 光合-固碳协同增强：10-20 μM MeJA处理组叶绿素含量增加68%，CO₂固定效率提升59%，形成"高碳汇-高产出"良性循环。

该研究首次阐明JAs通过转录调控网络同步激活Tribonema minus的脂肪酸合成与光合作用机制，其EPA产量已接近工业化菌株Nannochloropsis水平。这一突破不仅为微藻源PUFA商业化生产提供经济可行的诱导方案，更创新性地将植物激素调控应用于微藻代谢工程，实现"碳减排-高值化"双赢，完美契合联合国SDG13气候行动目标。未来通过优化培养体系与基因编辑结合，有望建立新一代可持续的微生物细胞工厂。