多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids, PUFAs）是構成細胞膜的重要結構成分，具有重要的生理功能。其中，具有代表性的 -3型多不飽和脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），是人體自身不能直接從頭合成又不可缺少的重要營養素。EPA被譽為“血管清道夫”，具有調節血脂、降低血液粘稠度、預防血栓形成等生理活性，DHA是大腦和視網膜組織中磷脂的重要組成物質，它們對促進人體的健康具有重要的意義。目前人們獲取EPA/DHA產品的主要途徑是通過海洋漁業資源提?。ɡ玺~油），然而，隨著海洋漁業資源的日益耗竭、以及海洋環境的逐年惡化，傳統來源的EPA/DHA產品面臨著資源難以持續、污染風險大和感官品質低等問題。因此，研究開發新的EPA/DHA資源具有巨大的應用前景。裂殖壺菌（Aurantiochytrium sp.）是目前工業化發酵生產PUFAs的代表性物種之一，它具有高生物量、高油脂含量、易培養等特點。2010年，利用裂殖壺菌生產的DHA藻油被我國衛生部批準為新資源食品，其食品安全性已得到廣泛的認證。但是由于裂殖壺菌作為一種非模式真核生物，其遺傳操作體系還不完善，人們對其油脂合成路徑的理解也非常有限，成為進一步通過代謝工程提升和改良其油脂產量和品質的主要障礙。

　　青島能源所代謝物組學研究組長期以來致力于裂殖壺菌的遺傳改造、作用機制及代謝工程研究，通過人工改造裂殖壺菌提高其EPA/DHA產量，用于補充現有PUFAs產品的不足。近日，該研究組基于病毒2A肽自剪切的特點，成功開發了基于2A肽的裂殖壺菌的多基因表達體系，實現了裂殖壺菌的多基因表達（圖1A），并利用該體系將外源的EPA合成基因簇在裂殖壺菌中進行異源表達，使得EPA產量提高5倍。該成果被食品科學領域的知名期刊Journal of Agriculture and Food Chemistry以內封面文章的形式報道（圖1B）。同時，該研究組通過生物信息學方法首次鑒定到特異性作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的磷酸泛酰巰基乙胺基?；D移酶（Phosphopantetheinyl transferase，PPTase）。通過生理生化實驗確定該PPTase的功能特性，并將其在裂殖壺菌中進行過表達，使得裂殖壺菌的DHA和PUFA產量分別提高36%和18%（圖2）。相關成果也已發表于Biotechnology for Biofuels。

　　基于2A肽的多基因表達系統克服了裂殖壺菌在遺傳操作工具不足難以進行多基因共表達的困難，這一成果為裂殖壺菌的遺傳改造提供了新的技術手段，同時也為其他真菌中多基因共表達提供了范例。作用于裂殖壺菌PUFA合成途徑的PPTase的發現，加深了人們對裂殖壺菌PUFA合成的理解，為進一步的遺傳改造提供了新的靶點。這些成果展示了裂殖壺菌可以作為PUFA生產的底盤細胞，具有巨大的代謝工程開發潛力。

　　以上工作由代謝物組學研究組完成，崔球研究員和宋曉金副研究員為通訊作者。以上工作得到了國家重點研發計劃、山東省自然科學基金重大基礎研究項目資助。

　　圖1. 高產EPA的裂殖壺菌細胞工廠構建 A基于2A肽的裂殖壺菌多基因表達體系構建；B內頁封面圖案

　　圖2. 發酵檢測裂殖壺菌中的總油脂（TLs）和DHA產量

　　原文鏈接：

　　1. Wang, S., et al., Optimizing eicosapentaenoic acid production by grafting a heterologous polyketide synthase pathway in the Thraustochytrid Aurantiochytrium. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020. DOI: 10.1021/acs.jafc.0c04299.

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c04299

　　2. Wang, S., et al., PUFA-synthase-specific PPTase enhanced the polyunsaturated fatty acids biosynthesis via the polyketide synthase pathway in Aurantiochytrium. Biotechnology for Biofuels. 2020. DOI: 10.1186/s13068-020-01793-x.

　　https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-020-01793-x