海洋魚類是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等ω-3多不飽和脂肪酸的主要來源。隨著全球市場對ω-3多不飽和脂肪酸的需求日益增長，對海洋魚類的捕撈強度也在增加，進而對海洋生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。微藻作為海洋食物鏈中EPA和DHA的原始生產(chǎn)者，被認為是可持續(xù)獲取這些關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)的理想來源。然而，天然微藻體內(nèi)淀粉與油脂代謝途徑間的競爭關(guān)系，極大地限制了其ω-3脂肪酸的積累效率，制約了將微藻作為海洋魚類的替代物來獲取ω-3脂肪酸。
針對這一瓶頸，我校農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院洱海流域水生態(tài)團隊吳明燦特聘教授課題組以小球藻為模型，首次將化學(xué)誘變結(jié)合碘熏蒸（CMCIF）與適應(yīng)性實驗室進化（ALE）兩種技術(shù)手段聯(lián)用，成功篩選并培育出一株淀粉合成途徑受抑，乙酸利用效率顯著提升的突變藻株（命名為M41）。
研究結(jié)果顯示，在補加乙酸的培養(yǎng)條件下，M41藻株展現(xiàn)出卓越的生產(chǎn)性能。其細胞密度較野生型提升了94%，細胞干重增加了33%，光合色素含量（葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素）分別實現(xiàn)了131%、113%和102%的顯著增長。尤為引人注目的是，與野生型小球藻相比，M41藻株的EPA和DHA積累量分別提升了485%和161%。
進一步的代謝組學(xué)分析揭示了M41藻株高產(chǎn)EPA和DHA的潛在機制。結(jié)果表明，外源乙酸可能參與到卡爾文循環(huán)，從而提升了二氧化碳的固定效率。代謝流分析顯示碳流從淀粉合成途徑成功轉(zhuǎn)向了戊糖磷酸途徑和脂質(zhì)合成途徑，并通過γ-氨基丁酸（GABA）途徑將部分蛋白質(zhì)相關(guān)代謝導(dǎo)向脂質(zhì)的合成，最終促進了EPA和DHA的高效積累。
該研究開發(fā)出的乙酸利用能力增強、EPA和DHA高產(chǎn)的小球藻新藻株為開發(fā)高生物量、高EPA/DHA含量的非轉(zhuǎn)基因微藻藻種提供了創(chuàng)新性的技術(shù)思路，為推動ω-3多不飽和脂肪酸產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，緩解傳統(tǒng)魚油提取對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力提供了極具潛力的解決方案。
近日，吳明燦與合作者將該成果以“Enhancing EPA and DHA synthesis in acetic acid-supplemented Chlorella vulgaris: A combined strategy of chemical mutagenesis and adaptive laboratory evolution”為題，發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域頂級期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院SCI一區(qū)Top期刊，影響因子13.4）。大理大學(xué)2023級生態(tài)學(xué)碩士研究生張杰為該論文的第一作者，吳明燦為論文通訊作者。海南熱帶海洋學(xué)院崖州灣創(chuàng)新研究院、海南大學(xué)海洋生物與水產(chǎn)學(xué)院、海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院、集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院等單位的科研人員參與了此項工作。該研究得到海南省自然科學(xué)基金省級高層次人才項目(323RC426)、大理大學(xué)科研發(fā)展基金專項項目（KY2519104740）、云南省科技廳面上項目（202401BA070001-061、202401CF070016）、大理大學(xué)高層次人才引進科研啟動基金項目(KY2519104740)、云南省本科高校協(xié)會基礎(chǔ)合作研究專項（2024J0827）以及海南省科學(xué)與技術(shù)專項基金（ZDKJ2021006；ZDYF2024SHFZ069）等多項基金的支持。
