杏彩体育官网《食品科学》：齐鲁工业大学赵祥颖研究员等：组学技

杏彩体育登录二十二碳六烯酸（DHA）是人体紧张的n-3多不饱和脂肪酸，拥有鼓励脑神经编造发育、袒护血汗管健壮、升高免疫力、抗炎、抗癌等效果。DHA的守旧临蓐手法是从鱼油中提取，但存正在诸多过失，目前更安闲健壮的新兴临蓐形式是运用微生物发酵临蓐DHA，与守旧手法比拟，微生物发酵无异味杏彩体育官网、DHA纯度高、易摄取。现正在常用的微生物有两类，分辩是藻类和色菌类，色菌类厉重有裂殖壶菌Aurantiochytrium（又称Schizochytrium）、破囊壶菌Thraustochytrium，原生生物中的裂殖壶菌因累积的脂质占菌体干质地的40%～70%，脂肪酸组分相对轻易，DHA质地分数正在20%～50%，且所产脂肪酸90%以上是以人体易摄取的甘油三酯时势存正在，成为工业化临蓐DHA应用最多的菌株。

齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省食物发酵工业磋商安排院的张华秋、杨莹莹、赵祥颖*等拟综述近年来闭于裂殖壶菌多组学磋商的归纳行使，从而加深裂殖壶菌DHA合成多层面调控收集的了解，以期更好地引导裂殖壶菌精良菌株的安排与构修。

正在察觉裂殖壶菌拥有临蓐DHA的技能后，科研职员举行了一系列事业，比方高产菌株的星散和选育、发酵条目的优化、脂质合成机造的探究。除此除表，裂殖壶菌还可能动作脂质代谢磋商的形式生物，目前的磋商着重于探究裂殖壶菌高产DHA的机造，并运用其奇异的机造举行分子改造以打破临蓐瓶颈。近年来跟着测序和质谱时间的成长，已取得了一系列的基因组学、转录组学、代谢组学和卵白质组学数据，比方正在比来的一项代表性磋商中，通过对Schizochytrium sp.S31区别教育阶段的多组学磋商，揭示了其脂质转化的机造。其余，因为其高DHA合成技能，裂殖壶菌已成为PUFA合成酶本质磋商的名贵资源，已遍及行使于其他生物PUFA合成途径的构修（图1）。

裂殖壶菌因其易于教育、滋长速率速、脂肪酸构成轻易、DHA含量上等好处，近年来已成为工业临蓐DHA的理思微生物，目前磋商的中心依然是升高DHA产量和低重发酵本钱。裂殖壶菌具有两条脂肪酸重新合成途径，而且拥有多种脂肪酸去饱和酶，正在油脂微生物中拥有昭着上风，所以需求更好地清晰裂殖壶菌合成DHA的代谢途径，而组学磋商为繁复的代谢收集供应了有用的磋商权术。

组学厉重搜罗基因组学、转录组学、卵白质组学、代谢（脂质）组学（图2）以及正在其根底上构修的代谢收集模子，代谢收集模子可以从基因组范围反响生物体的整体转录、翻译及代谢处境。自2015年上传第一个裂殖壶菌基因组（BioProject：PRJNA267643）以还，一系列后基因组时间，搜罗转录组学、代谢组学、脂质组学和归纳多组学已行使于裂殖壶菌磋商中，以揭示养分或处境要素（如氮局部、碳源区别、溶氧和温度）和基因操作导致DHA等PUFA脂质积蓄的潜正在机造。

2015年磋商职员采用二代测序（Illumina HiSeq 2000）时间已毕了裂殖壶菌（CC M209059）的第一次全基因组测序，这也是破囊壶菌科（Thraustochytriaceae）中报道的第一个测序物种，随后裂殖壶菌的基因组拼装息争释接连颁发，2016年和2018年分辩公布了Aurantiochytrium sp.T66和Aurantiochytrium sp.KH105的基因组拼装息争释。表1汇总了裂殖壶菌及其附近菌株的基因组学概略。采用二代测序时间取得的裂殖壶菌基因组巨细民多正在40 Mb驾御，而三代测序取得的裂殖壶菌基因组巨细通常都大于60 Mb，个中Aurantiochytrium sp.KH105GC基因组巨细约为97 Mb，庞大于60 Mb，Iwasaka等以为其基因组过大也许因为有约莫21%的基因组是反复或未拼装的序列。裂殖壶菌基因组GC相对含量为45%～62.8%，均匀可能预测到约11 000 个编码卵白质的基因。

2022年Prabhakaran等公然了Aurantiochytrium sp.SW1仔细的基因组新闻，正在其拼装的基因组序列中预测到11 588 个卵白质编码基因，个中解释判决出9 127 个基因，基于京都基因与基因组百科全书（KEGG）判决出6 554 个基因，个中3 325 个基因属于代谢卵白质家族，正在这3 325 个基因中有1 424 个属于11 个代谢种别，个中脂质代谢基因数目最多（321 个），占总性能基因数目约10%，而正在酵母基因组中检测到7 063 个基因仅有119 个基因属于脂质代谢种别，声明脂质代谢正在裂殖壶菌中拥有紧张职位。

运用基因组测序时间可能对裂殖壶菌举行性能基因的磋商，从而对该菌株合成DHA等PUFA途径举行表征，其整体合成途径如图3所示。目前磋商显示裂殖壶菌中DHA等PUFA的合成涉及两条途径：一是脂肪酸合成酶（FAS）途径，出席的酶有FAS复合体、一系列延迟酶以及去饱和酶；二是相似聚酮合酶（PKS）途径的PUFA合成酶途径，出席的酶厉重是PUFA合成酶复合体。正在良多磋商中，PUFA合成酶被称为PKS，所以正在本文中，也将应用原文件中的名称咨询PUFA合成酶。

正在Aurantiochytrium sp.SW1、S.limacinum B4D1、Schizochytrium sp.TIO01和A.mangrovei的基因组中均察觉了编码FAS复合体的基因序列，而且拥有极高的同源性。倘若通过FAS途径合成DHA起码需求δ4去饱和酶、δ5去饱和酶、δ6去饱和酶、δ9去饱和酶、δ12去饱和酶、δ15去饱和酶、C16延迟酶、δ5延迟酶、δ6延迟酶。正在曾经已毕基因组测序的菌株中，Aurantiochytrium sp.SW1基因组中没有检测到δ12去饱和酶、δ15去饱和酶、δ6去饱和酶等闭头酶基因，正在Schizochytrium sp.HX-308基因组中只检测到了δ12去饱和酶、δ8去饱和酶、δ6去饱和酶和一个延迟酶，正在S.limacinum SR21基因组中判决到δ4去饱和酶、δ5去饱和酶、δ1延迟酶、δ3延迟酶、δ4延迟酶、δ6延迟酶，个中δ6延迟酶可能催化十八碳四烯酸为二十碳四烯酸，其他延迟酶性能尚未先容。这声明正在裂殖壶菌及其亲缘菌株中，FAS-延迟酶/去饱和酶途径大个人是不完善的。

目前通过基因组领悟到的PUFA合成酶厉重分为两品种型：一类与II型PKS彷佛，是由多个单性能酶构成的复合体；一类与I型PKS彷佛，是由几个催化和性能布局域组成的多性能卵白。2001年Metz等曾经通过对Schizochytrium的cDNA举行测序判决，取得3 个编码PUFA合成酶的怒放阅读框（orf），共含有11 个布局域（图4），随后Hu Fan等也正在Schizochytrium sp.TIO01基因组中察觉了3 个不含内含子的壮大基因，编码PUFA合成酶的3 个亚基（A、B和C）（NCBI中的LOCUS号分辩为AF378327、AF378328、AF378329），这相似于II型PKS，其布局域搜罗KS、MAT、ACP、KR、DH催化的ER、CLF、AT。但正在S.limacinum SR21中检测到了一个相似于I型PKS的多性能卵白（schi20060510），其布局域搜罗KS、MAT、ACP、KR和DH，以及零碎漫衍正在基因组上与PKS和FAS联系的布局域（1 个KS、7 个ER、2 个AT和1 个MAT）。Aurantiochytrium sp.SW1中有两个基因与S.limacinum SR21中的PUFA合成酶复合体的编码基因个人同源，有3 个基因与Schizochytrium sp.ATCC 20888中PUFA合成酶三亚基（A、B和C）的编码基因同源，所以有学者以为两品种型的PUFA合成酶都存正在于Aurantiochytrium sp.SW1。目前固然曾经正在多个裂殖壶菌基因组中解释了PUFA合成酶通道的联系布局域，但裂殖壶菌PUFA合成酶的整体布局依然没有解析。

基因组范围代谢收集模子（GSMM）是基因组范围的细胞生化反映收集，可能定量刻画基因与表型的相闭。Ye Chao等基于S.limacinum SR21构修了裂殖壶菌的GSMM（iCY1170_DHA），iCY1170_DHA涵盖了1 769 个代谢反映、1 659 个代谢物和1 170 个基因，通过模子预测作战了升高菌株DHA产量的手法，通过通量平均领悟察觉9 种氨基酸可能扩展DHA的产量，通过代谢医治最幼化领悟察觉对以乙酰辅酶A合成酶和苹果酸酶为代表的30 个编码基因举行过表达有利于DHA的发生。

高通量测序正在转录层面的行使厉重搜罗转录组领悟、转录因子发现、转录调控收集的构修（加权基因共表达收集领悟（WGCNA）），个中转录组领悟多用于斗劲区别菌株、区别时期点或者区别教育条目下微生物mRNA的表达特色，探究正在这些条目下的应答机造，察觉也许的调控旅途、基因改造靶点等，为菌株的进一步改造与优化供应表面引导。

关于区别的裂殖壶菌菌株，转录组学可能探究其闭头基因的转录区别。Bao Zhendong等经由相接教育将Schizochytrium sp.H016分歧为高脂质含量亚群（H016-H）和低脂质含量的亚群（H016-L），通过斗劲两种菌株的正在区别时期的转录组杏彩体育官网，察觉H016-H拥有脂肪酸合成、甘油三酯积蓄等途径联系基因的高表达，细胞滋长、脂质降解等途径联系基因的低表达特色。Sun Xiaoman等以30 g/L NaCl动作高盐威吓诱导剂对Schizochytrium sp.HX-308举行150 d的适宜性实习室进化（ALE），取得进化菌株ALE150，该菌株细胞干质地和脂质产量分辩比肇端菌株升高了32.7%和53.31%，转录组学领悟察觉进化菌株编码抗氧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT））的基因以及中央碳代谢、转氢酶轮回和FAS等途径联系基因的表达均产生上调。

正在裂殖壶菌的区别滋长阶段举行转录领悟可能揭示滋长周期中脂质积蓄和PUFA合成的机造。Ren Lujing等对Schizochytrium sp.HX-308从细胞滋长到脂质积蓄再到脂质周转这一经过举行时期挨次的转录组领悟，通过区别表达基因判决及其性能分类，判决出了出席脂质积蓄经过中的闭头基因（PUFA合成酶亚基C），并察觉正在脂质周转期为了应对碳饥饿，鼓励纤维素、淀粉和棉子糖酿成葡萄糖的α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和α-半乳糖苷酶编码基因的表达上调，极少与信号转导联系的基因，如磷脂酰肌醇信号编造中的pgr5和snq2也正在转化阶段上调，这也许与最终发酵结果中极性脂含量的扩展亲密联系。

裂殖壶菌本身拥有较强的PUFA积蓄技能，而特定养分或处境威吓会诱导其胞内脂质积蓄量大幅升高，其最先做出的相应往往产生正在转录调控层面，引发本身的抗逆信号相应途径，进而激发整体性的代谢改观。葡萄糖和甘油动作裂殖壶菌最常见的碳源，本课题组前期已毕了对Aurantiochyrium limacinum SFD-1502分辩以葡萄糖和甘油动作独一碳源教育经过的时期序列转录组领悟，确定甘油教育条目下PUFA合成酶基因上调，而Chen Wei等持区别见识，以为甘油教育激活了Schizochytrium sp.S056守旧脂肪酸合成途径，Ye Huike等通过葡萄糖和甘油羼杂碳源升高了Thraustochytriidae sp.PKU#Mn16的生物量和DHA产量，通过转录组领悟察觉羼杂碳源庖代葡萄糖教育会鼓励PUFA合成酶通道联系基因的表达并禁止β-氧化通道联系基因的表达，这也是总脂质和DHA产量扩展的厉重机造。除碳源表，氮源也是影响DHA合成的紧张要素，Wang Dongsheng等以玉米浆动作氮源，通过斗劲教育基中区别玉米浆增添量对Aurantiochytrium sp.YLH70转录组的影响，察觉限氮教育可使编码乙酰辅酶A羧化酶和乙酰辅酶A合成酶的两个基因表达上调，从而鼓励脂肪酸前体（丙二酰辅酶A和乙酰辅酶A）天生诱导脂肪酸合成，而富氮教育会鼓励更多的碳通量进入三羧酸（TCA）轮回，鼓励氨基酸和卵白质的合成，从而鼓励细胞滋长，且正在限氮教育条目下PUFA合成酶亚基A、B和C的表达水准与氮浓度呈反比，FAS联系途径的基因表达水准与之相反。除此除表，盐威吓、氧威吓、冷威吓和表源增添物所变成的处境转化都邑使裂殖壶菌的基因表达特色产生转化，整体新闻详见表2。

近年来，转录组学正在DHA临蓐菌株的编造代谢工程改造中阐发着越来越紧张的效率，通过斗劲改造菌株与启航菌株的转录组区别，评释其转化机造并取得菌株遗传改造的靶点，可进一步升高DHA的产量和转化率。Zhang Sai等正在Schizochytrium sp.PKU#Mn4中通过将表源sod1基因整合到基因组中使得菌株的总抗氧化技能和PUFA比例明显高于野生型菌株，转录组领悟显示出席脂肪酸β-氧化的基因表达明显下调，催化脂质生物合成的基因表达上调。这项磋商为进一步正在裂殖壶菌中构修用于微生物油脂临蓐的有用代谢工程战术奠定了根底，同时也增长了目前正在转录组水准上氧化毁伤对细胞影响的领悟。

转录组学除了领悟磋商基因表达的处境，还可能发现包管目标基因以特定强度正在特守时期表达的转录因子。Wang Dongsheng等通过转录组察觉氮威吓鼓励了Aurantiochytrium sp.YLH70中丝氨酸/苏氨酸卵白激酶、钙/钙调素依赖性卵白激酶和转录因子MYB的相应，其厉重担负信号转导。

WGCNA基于表达形式彷佛的基因往往拥有彷佛的性能，也许出席及医治无别的信号通道或者其卵白产品存正在互相效率，对基因的表达形式举行领悟，将表达形式彷佛的基因举行聚类。Liang Limin等通过正在S.limacinum SR21氮局部的条目下构修WGCNA，察觉6 种转录因子（3 个卵白激酶家族卵白、2 个MYB卵白和1 个锌指卵白）与DHA积蓄呈高度正联系，并筛选取得两个出席脂肪酸氧化闭头基因（酰基辅酶A氧化酶和N-乙基马来酰亚胺还原酶），其正在氮局部条目下取得热烈的诱导。

细胞内的大个人代谢举止都是直接或间采纳卵白质调控，所以对细胞卵白组的领悟，可能更好地清晰细胞代谢形态。跟着今世卵白质星散与判决时间的成长，可被判决的卵白质品种越来越多。裂殖壶菌中的卵白质领悟由于其高含量脂质可能与卵白质或洗涤剂酿成复合物，从而低重卵白质的富集/星散恶果，以是对卵白质组学的磋商不如基因组、转录组一共，不过通过对区别条目下的卵白质组举行区别领悟，即可察觉区别表达的卵白，进而察觉区别条目下卵白表达及调控卵白的区别。

2015年，Ling Xueping等起初优化了Schizochytrium sp.LU310提取卵白质和去除脂质的手法（运用15 kpsi均质器举行破壁（两个轮回），运用冷经管去除脂质），运用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDSPAGE）星散，通过基质辅帮激光解吸离子化飞舞时期串联质谱（MALDI-TOF-MS/MS）仪判决出了3 种区别的FAS和1 种热息克卵白，侦查了Schizochytrium sp.LU310正在区别滋长阶段其表达卵白质的区别，并察觉FAS合成酶和PUFA合成酶C亚基正在72 h表达量增加。卵白质组学中，SDS-PAGE贯串MALDITOF-MS/MS被以为是斗劲卵白质组学中遍及行使的卵白质领悟手法，由于与守旧的双向电泳（2-DE）比拟，其成果更高、反复性更好。Ma Zengxin等磋商了Aurantiochytrium sp.SD116正在冷威吓下的卵白质组学转化，选拔三氯乙酸-丙酮重淀贯串苯酚萃取动作提取手法，采用2-DE星散，共检测了约莫700 个卵白点，因为2-DE时间正在星散高分子质地卵白方面有局部性，所以运用同位素符号相对和绝对定量（iTRAQ）符号，共检测到了4 650 种卵白，并通过质谱检测胜利识别到大于53%的卵白。磋商结果声明：正在低温条目下中央代谢途径受到禁止，磷酸戊糖途径被巩固以增补能量和NADPH的供应，PUFA合成酶的表达和翻译上调了2 倍以。