营养条件调控圆红冬孢酵母脂质合成的转录组学机制及其工业应用潜力

本文通过转录组学分析揭示了氮限制（N limitation）与碳氮比（C/N ratio）对圆红冬孢酵母（Rhodosporidium toruloides）脂质合成代谢的协同调控机制，发现高C/N（200）条件下甘油三酯（TAG）合成通路基因显著上调，糖酵解（Glycolysis）和磷酸戊糖途径（PPP）受抑制，为微生物油脂（Single-cell oils）工业化生产提供了分子靶点与策略支持。

　　

Highlights

菌株培养

圆红冬孢酵母（Rhodosporidium toruloides）AS2.1389购自中国普通微生物保藏中心，于-80°C甘油保存。使用酵母提取物蛋白胨葡萄糖（YEPD）培养基和发酵培养基进行菌株培养，培养基主要成分为2 g/L (NH₄)₂SO₄、1 g/L KH₂PO₄、1 g/L NaCl、1 g/L MgSO₄·7H₂O、1 g/L CaCl₂·2H₂O、0.5 g/L酵母提取物和40 g/L碳源（蔗糖、葡萄糖）。在不同碳氮比（C/N）条件下，通过调整氮源添加量实现差异化培养。

不同培养条件下圆红冬孢酵母的生物量、脂质含量及脂质产量

本研究显示，在不同碳源、氮源及碳氮比（CK组：葡萄糖+硫酸铵，C/N=20；T1组：蔗糖+硫酸铵，C/N=20；T2组：蔗糖+硫酸铵，C/N=200）条件下培养144小时，菌株的生物量、脂质产量和脂质含量存在显著差异（表1）。T1组的生物量和脂质产量较CK组分别提升24.6%和63.2%。而T2组生物量虽下降18.9%，但脂质产量显著提高（具体数据见原文表1），表明高C/N条件虽抑制细胞增殖，但强烈促进脂质合成。

结论

本研究通过对不同碳源和碳氮比条件下培养的圆红冬孢酵母进行转录组测序，构建了覆盖全基因组的转录组数据库。通过对比不同碳源条件下的228个差异表达基因（DEGs）和不同碳氮比条件下的4389个DEGs，发现圆红冬孢酵母的脂质合成受多代谢通路协同调控。此外，本研究从分子层面揭示了氮限制通过上调甘油三酯（TAG）和脂肪酸合成基因、抑制糖酵解（Glycolysis）、磷酸戊糖途径（PPP）及三羧酸循环（TCA cycle），引导碳流向脂质合成的代谢重编程机制，为高效微生物脂质生产提供了理论依据和基因编辑靶点。