《Food Chemistry》：Multi-omics analysis revealed oil accumulation and compositional remodeling in
Rhodosporidium toruloides under nitrogen limitation
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•高覆盖度脂质组学实现了对Rhodosporidium toruloides中超过1200种脂质的高置信度分析。•氮限制诱导了从脂质储存积累到组成重塑的两阶段模式。•积累阶段产生的微生物油表现出类似棕榈油的组成特征。•脂质数量和组成与不同的转录模块相关。引言产油酵母作为可持续
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高覆盖度脂质组学实现了对Rhodosporidium toruloides中超过1200种脂质的高置信度分析。
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氮限制诱导了从脂质储存积累到组成重塑的两阶段模式。
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积累阶段产生的微生物油表现出类似棕榈油的组成特征。
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脂质数量和组成与不同的转录模块相关。
引言
产油酵母作为可持续生产微生物脂质的系统，正受到越来越多的关注，这些脂质可转化为生物燃料和高价值油化学品（Adamczyk et al., 2025; Kumar et al., 2025）。它们在食品应用中的重要性尤为突出，因为食用油是必不可少的食品成分，且全球需求持续上升。传统的动植物油脂来源面临土地利用、季节波动和组成灵活性有限等问题。这些问题凸显了寻找可持续替代油源的必要性（Ratledge & Wynn, 2002）。微生物油提供了一种有前景的补充选择，因为它们可在受控条件下生产并调整以满足特定的功能需求。
在产油酵母中，Rhodosporidium toruloides因其高产脂能力、广泛的底物利用以及在多种培养条件下的鲁棒性，被认为是一种有前景的物种（Zheng et al., 2025）。在适当的培养条件下，它可积累相当于干重70%的脂质，其中甘油三酯（TAGs）是主要的储存脂质（Li et al., 2007; Li et al., 2025）。TAGs是重要的资源，应用范围从食品、饲料到可再生能源生产。重要的是，R. toruloides中的脂质积累和脂质组成均可通过培养条件进行调节（Arbter et al., 2019; Xu et al., 2016），其中氮限制已被广泛用作诱导和调节脂质积累的实际策略（Beopoulos et al., 2011; Gluth et al., 2025）。大多数现有研究集中在氮限制下R. toruloides的总脂质产量和整体脂肪酸谱（Mishra et al., 2024; Zhang et al., 2022）。然而，脂质数量调节和脂质组成重塑代表了微生物油形成的不同方面。脂质数量反映油脂积累，而组成重塑决定分子物种分布和应用相关性质。在培养过程中，这两个过程可能不会同步发生。这一区别对于界定优先追求高产脂积累或特定组成特征的培养阶段具有重要意义。
解决这一区别需要对中性脂质结构进行时间分辨和高置信度分析，尤其是TAGs和DAGs。此类分析在R. toruloides中仍然有限，部分原因是结构复杂的中性脂质在常规脂质组学工作流程中往往导致脂质覆盖范围与注释可靠性之间的权衡。此外，阶段分辨转录组学进一步有助于将脂质组表型与脂质积累和组成重塑期间的调控基础联系起来（K?feler et al., 2021）。
本研究建立了一套高覆盖度和高置信度的脂质组学工作流程。该工作流程整合了定量结构-保留时间关系（QSRR）与双数据库MS/MS匹配作为正交鉴定策略。该工作流程被用于表征氮限制下R. toruloides的动态脂质积累，并区分脂质数量调节与组成重塑。基于脂质组数据集，计算了一组组成参数来描述TAG/DAG平衡、链长分布和不饱和特征。这些参数支持对不同应用优先级下微生物油组成的评估。还在代表性培养阶段整合了转录组分析。随后进行了耦合分析，以鉴定与脂质产量和组成特征相关的调控模块。这些结果共同提供了生产具有定义明确功能特性的定制化微生物油的表型和调控基础。
部分摘要
菌株背景与培养基
本研究使用了R. toruloides Y4的半偶极体衍生物R. toruloides NP11。Y4是通过在玉米秸秆水解物中对R. toruloides CGMCC 2.1389进行驯化获得的。
酵母浸出物-蛋白胨-葡萄糖（YEPD）培养基的配比为20 g/L葡萄糖、10 g/L蛋白胨和10 g/L酵母浸出物。相应的固体YEPD培养基中加入15 g/L琼脂粉。富氮培养基的配比为20 g/L葡萄糖、10 g/L酵母浸出物和20 g/L蛋白胨。限氮培养基则为
微生物油全面脂质分析的方法优化
可靠的微生物油评估需要具有高覆盖度和分子注释高置信度的脂质组学方法，特别是对于占生物燃料和食用油组成主导地位的中性脂质。以往在产油酵母中的研究主要关注脂质产量、脂肪酸谱或有限的脂质类别，而TAG和DAG重塑的时间分辨分析仍然有限。常规脂质组学方法往往面临覆盖度与
结论
本研究建立了一个整合脂质组学和转录组学的框架，用于表征氮限制下R. toruloides的动态脂质积累和重塑。高覆盖度脂质组学解析了中性脂质的详细分子变化，并揭示了一个包含快速TAG积累随后进行组成重塑的两阶段模式。在脂质积累阶段，微生物油基于脂肪酸类别表现出类似棕榈油的组成特征
作者贡献声明
余迪： 初稿撰写、方法学、调查研究。黄其天： 方法学、调查研究。季国强： 调查研究。吕立婷： 调查研究。刘心宇： 调查研究。胡春秀： 调查研究。赵宗宝： 审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。徐国旺： 审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文报告工作的已知经济利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到国家重点研发计划基金（2023YFA0913900）、国家自然科学基金基金（21934006、22208340和22238010）、辽宁省自然科学基金基金（2024-BSBA-29）、大连市科技人才创新支持计划（2024RQ018）的支持。同时感谢中国大连化学物理研究所能源生物技术平台。
余迪|黄其天|季国强|吕立婷|刘心宇|胡春秀|赵宗宝|徐国旺
