[发明专利]微拟球藻脂肪酸FAS II合成途径中的关键酶MCAT

说明书

技术领域

本发明属于酶蛋白技术领域，具体涉及微拟球藻FAS II脂肪酸合成途径中关键酶MCAT。 

背景技术

海洋微藻由于具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、不受气候限制，其培养不占用耕地，易于实现大规模生产等优点，已成为海洋生物质能源研究的热点。微拟球藻(Nannochloropsis gaditana)生态分布广泛，在全球藻种库中已具备丰富的藻株资源，进化地位独特，是单细胞微藻中独立的一个属，具有诸多作为工业化生产的独特优势：生长迅速、抗逆能力强、大量积累TAG，同时可积累EPA、类胡萝卜素等高附加值产物。最近有研究团队在微拟球藻细胞上成功建立了基于同源重组的转化体系。可见，微拟球藻具备作为微藻产油新型细胞工厂模式生物的巨大潜力。目前科研工作者都在寻找与油脂积累相关的基因，希望通过基因工程的方式提高微藻油脂含量。因此，获得脂质代谢相关的基因就显得至关重要。 

在不同生物体内，脂肪酸的生物合成有两种途径：在细菌中，脂肪酸的合成是由一个具有多个功能区域的酶来完成，即(FAS I)；在动物体内，脂肪酸的合成则是由一系列独立的酶系相互配合来完成，即(FAS II)。在FAS II型脂肪酸合成途径中，MCAT是其中一个非常关键的酶，它首先和malonyl-CoA绑定，形成一个稳定的malonyl-MCAT中间体，然后中间体与holo-ACP结合，通过疏水作用来将丙二酸基团转移到完全酰基载体蛋白(ACP)末尾的硫醇上，从而实现脂肪酸碳链的延长。 

目前围绕着MCAT基因已经做了大量的工作，研究表明在低温胁迫条件下，Ng-MCAT基因的表达量先显著提高后降低，最后趋向于平稳，这也从一定程度上反应了微拟球藻对低温的胁迫应答。低温可降低微藻体内相关酶的活性，但为适应低温环境，微藻体内脂肪酸合成相关酶活性会在低温处理的初始阶段显著提高，加速进行细胞油脂的合成以保持细胞膜的流动性，从而使微藻能抵御低温环境带来的伤害(JONW，TYLER W M，SAM H，et al.Effects of light and temperature on fatty acid production in Nannochloropsis salina[J].Energies，2012，5(3)：731-740.)(S POEHR H A，M ILNER H W. The chemical composition of Chlorella；effect of environmental conditions[J].Plant Physiol，1949，24(1)：120-149.)。当细胞处于缺氮初期时，绝大多数微藻的光合作用并未中断，其碳元素的同化作用也仍在进行，因此细胞内碳源较为充足。相反氮为蛋白合成的关键元素，氮的缺乏使相关酶无法合成，从而导致藻体死亡。而油脂合成过程因不受氮源的限制，使碳源的利用明显地转向该过程，最终微藻体内积累大量的油脂(MORTEN F P, JENS B.Nutrient control of algal growth in estuarine waters.Nutrient limitation and the importance of nitrogen requirements and nitrogen storage among phytoplankton and species of macroalgae[J].Marine Ecology Process Series，1996，142：261-272.)(JIANGY，YOSHIDA T，QUIGG A.Photosynthetic performance，lipid production and biomass composition in response to nitrogen limitation in marine microalgae.Plant Physiolgical Biochemistry,2012，54C：70-77.)(YU G， ZHANG Y H，LANCE S，et al.Distributions of carbon and nitrogen in the productsfrom  hydrothermal liquefaction of low-lipid microalgae[J].Energy＆Environmental Science，2011，4：4587-4595.)。在缺氮胁迫下，Ng-MCAT基因的表达呈现出先增加后降低的趋势，随着时间的延长，微藻体内蛋白合成受阻，相关酶缺失，使细胞整体活性降低甚至死亡。从氮胁迫时Ng-MCAT基因的表达量的变化也能在一定程度上揭示该规律。