基于流式拉曼激活细胞分选技术的高脂酵母突变株筛选及多组学解析：揭示酿酒酵母脂质积累增强机制

为解决传统油料作物中棕榈油酸(POA)含量低的问题，中国科学院青岛生物能源与过程研究所团队通过zeocin-ARTP复合诱变结合流式拉曼激活细胞分选(FlowRACS)技术，成功获得脂质含量达40.26%的酿酒酵母突变株MU2R48。多组学分析揭示乙酰辅酶A(acetyl-CoA)前体供应增加和NADPH生成增强是促进脂质积累的关键机制，为微生物法生产功能性脂肪酸提供了新思路。

　　

在功能性脂肪酸需求日益增长的今天，棕榈油酸(POA)作为具有抗糖尿病和抗炎活性的ω-7单不饱和脂肪酸，其传统来源却受限于野生植物资源。虽然科学家们发现酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的脂质中含有高达50%的POA，但其天然菌株的脂质含量通常不足10%，严重制约了工业化生产潜力。这种"高纯度低产量"的矛盾，使得开发高脂酵母菌株成为突破POA微生物制造瓶颈的关键。

针对这一挑战，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究人员开展了一项创新性研究。他们以实验室前期分离的野生型产油酵母SC018（脂质含量约30%）为出发菌株，通过zeocin抗生素与常压室温等离子体(ARTP)复合诱变技术构建突变库，并首次应用自主研发的流式拉曼激活细胞分选(FlowRACS)系统进行高通量筛选。这项发表在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》的研究，成功获得脂质含量达40.26%的突变株MU2R48，较原始菌株提高30.85%，同时解析了其高产脂质的分子机制。

研究团队采用了三项核心技术：首先通过zeocin-ARTP复合诱变构建14个突变库；其次利用自主开发的FlowRACS系统，基于2844 cm^-1处脂质特征峰强度（与脂质含量线性相关R²=0.87）进行两轮分选富集；最后结合全基因组重测序、转录组和靶向代谢组学进行多组学关联分析。

在"Characterization of linear relationship and sorting accuracy"部分，研究证实2844 cm^-1处拉曼强度与脂质含量的相关性优于荧光检测（R²=0.65），且分选纯度达85%以上。

"Selection of high lipid content mutant cells"部分显示，经过两轮FlowRACS富集后，突变池中高脂细胞（拉曼强度3000-6000 a.u.）比例从初始的0%提升至30.6%。

"Evaluation of lipid production capacity"证实突变株MU2R48在保持生物量（11.94 vs 12.02 g/L）的同时，总脂肪酸产量从1.60提升至1.75 g/L。

"Transcriptome and metabolome analysis"揭示突变株存在显著的代谢重编程：糖酵解途径中PDC1/5/6（丙酮酸脱羧酶）、ACS2（乙酰辅酶A合成酶）等基因上调2.55-7.67倍，促进乙酰辅酶A生成；脂肪酸合成途径中ACC1（乙酰辅酶A羧化酶）和FAS2（脂肪酸合酶）分别上调1.87和2.28倍；而β-氧化途径关键基因POT1和POX1下调60-70%。

研究还发现戊糖磷酸途径关键酶GND1（6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶）上调1.89倍，促进NADPH供应；亮氨酸代谢相关基因BAT1（支链氨基酸转氨酶）显著上调7.67倍，可能通过调节脂代谢发挥作用。

这项研究通过创新性地结合物理化学复合诱变与无标记单细胞分选技术，不仅获得具有工业应用潜力的高脂酵母菌株，更重要的是揭示了非产油微生物强化脂质积累的分子机制。研究发现乙酰辅酶A供应增加和NADPH生成增强是驱动脂质积累的关键因素，而转录因子ADR1和CAT8的调控网络改变则减少了脂质分解代谢。这些发现为理性改造酿酒酵母作为微生物细胞工厂生产高附加值脂肪酸提供了理论依据和技术支撑，同时也为其他非传统产油微生物的代谢改造提供了新思路。特别值得注意的是，FlowRACS技术的成功应用，为微生物育种领域的高通量筛选提供了全新的技术路径，这种无需标记、非侵入性的单细胞分选策略，有望在合成生物学和代谢工程领域获得更广泛应用。