大連化物所能源生物技術研究取得新成果

中科院大連化學物理研究所趙宗保研究員領導的生物質高效轉化研究組（1816組）在能源生物技術領域取得新進展。關于產油真菌圓紅冬孢酵母Rhodosporidium toruloides的跨組學研究成果，于10月9日正式發表在《自然-通訊》上（Nat. Commun. 2012, 3:1112. doi:10.1038/ncomms2112）。

將可再生的生物質資源轉化為液體燃料產品是具有挑戰性和重要戰略意義的研究方向。自2004年以來，生物質高效轉化研究組一直致力于“生物質制生物柴油”研究，其核心技術是利用產油酵母將碳水化合物轉化為油脂。研究組在生物質原料處理與轉化、菌株選育、發酵過程工程等方面取得了系列成果，并發現產油酵母R. toruloides抗逆性強，碳源利用譜廣，胞內油脂富含16或18個碳原子的長鏈脂肪酸，總脂含量可超過細胞干重70%，整體性狀優良。但是，理性改造R. toruloides以提升油脂發酵的技術經濟性遇到了很大困難。這是因為，一方面R. toruloides屬于擔子菌門非常規酵母，與其他子囊菌門微生物（如釀酒酵母、畢赤酵母及解脂亞羅酵母等）相比遺傳差異顯著；另一方面，當前國際上關于產油真菌的研究整體上不夠深入和系統，缺少高質量的基因組信息。

該研究組使用高通量測序技術，對R. toruloides進行全基因組測序，得到20.2 Mb的基因組，并在轉錄組測序技術輔助下預測了8171個蛋白編碼基因，進行了基因功能注釋，形成了高精度的參考基因數據庫。進一步采用比較轉錄組和比較蛋白質組方法研究了氮缺乏導致油脂過量積累的原因。前者通過數字基因表達譜技術鑒定出2030個在不同培養條件下轉錄產物豐度差異顯著的基因；后者則通過與大連化物所鄒漢法研究員領導的生物分離分析新材料與新技術研究組（1809組）合作，采用液相色譜-串聯質譜技術進行蛋白質組定性和半定量分析，確定了538個豐度顯著變化的蛋白。分析表明，氮缺乏上調了與氮源利用有關基因的表達，增強了自噬能力，整體提高了細胞氮源利用效率，同時下調核酸與蛋白合成，并且表達油脂合成代謝相關基因受到多種水平的調控，說明油脂積累涉及細胞全局性的生理生化響應。

該項成果將促進相關的能源生物技術研究快速發展，其重要意義將體現在以下幾個方面：1）為利用系統生物學技術揭示微生物油脂積累的分子機制奠定了基礎；2）為理性改造產油酵母菌株提供了生物信息和遺傳操作靶點；3）為設計細胞工廠，利用脂肪酸代謝及異戊烯代謝途徑生產生物燃料及化學品提供了新信息和新材料。

該研究得到了科技部、國家自然科學基金委和我所所長基金的資助。