协同基因模块工程优化海洋微拟球藻二十碳五烯酸生物合成

本研究通过协同表达Δ12D、Δ6D、Δ6E、Δ5D和ω3D等关键酶基因模块，系统优化了海洋微拟球藻(Nannochloropsis oceanica)中二十碳五烯酸(EPA)的生物合成途径。研究揭示了不同营养条件下基因模块组合对EPA产量及形态（如TAG型EPA）的差异化调控机制，为微藻源ω-3多不饱和脂肪酸的工业化生产提供了创新策略。

　　

Highlight

本研究通过基因模块工程显著提升了海洋微拟球藻中二十碳五烯酸(EPA)的合成效率，特别是在氮缺乏条件下使三酰甘油(TAG)型EPA含量提升40.47%，总TAG产量增加97.43%。

Specific component combination modules is required for EPA biosynthesis function

通过基因克隆鉴定出EPA生物合成的五个关键组分：Δ12去饱和酶(Δ12D)、Δ6去饱和酶(Δ6D)、Δ6延长酶(Δ6E)、Δ5去饱和酶(Δ5D)和ω3去饱和酶(ω3D)。在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中，Δ12D±Δ6D模块（由双向GAL1,10启动子驱动）可产生C16:2^Δ7,10、C18:2^6,9等中间产物；加入Δ6E后进一步生成C20:3^Δ8,11,14，证实了该模块在延长碳链中的关键作用。

Discussions

研究证明在酵母和微藻系统中，去饱和酶与延长酶的有序比例表达对EPA高效合成至关重要。Δ12D-Δ6D模块能显著提高EPA前体C18:3和C20:4在总脂肪酸中的占比，而Δ5D-ω3D模块在氮充足条件下使EPA含量提升34.96%。特别值得注意的是，在氮限制条件下，基因修饰使TAG型EPA呈现爆发式增长，揭示了脂质代谢重编程的分子机制。

Conclusion

该研究证实Δ5D和ω3D在海洋微拟球藻中的比例共表达能显著促进EPA积累，其中共表达Δ6E和四种去饱和酶的P3转化株表现出更强的TAG型EPA合成能力。这些发现为工业化生产高价值脂肪酸提供了理论依据和工程化策略。