体脂超标?NO!TA说越高越好_风闻
中科院之声-中国科学院官方账号-2022-05-17 09:03
进入五月,夏天悄然而来,珍藏了一个冬天的肥肉开始瑟瑟发抖。为了美丽与健康,“降低体脂率”成为了人们孜孜不倦的追求,以燃脂为目的的刘畊宏毽子舞一度成为风靡全网的时尚。然而,对于地球上的TA来说,体脂率却是越高越好,这是为什么呢?

(图片来自网络)
微藻“脂肪”——吃掉CO2的产物,是清洁能源的不二之选
体脂率,指脂肪重量占人体总重量的百分比,是衡量一个人是否肥胖的重要标准。微藻中的脂肪主要以三酰甘油TAG的形式存在,通过光合作用由CO2和水转化而成。
科学家发现,微藻体内的脂肪经过物理/化学方法的提炼加工,可以转化成绿色环保型的柴油和航油,且相比其油料作物,微藻生长周期短,单位产油量大,因此被称为第三代生物燃料。
一般情况下,恶劣的外界环境(如营养缺乏、高光、高温等)会激发微藻体内TAG的积累,而不同微藻体内的TAG含量却不尽相同。美国能源部曾对微藻开展大规模搜集、筛选和鉴定,发现微拟球藻的“体脂率”高达68%,是当之无愧的微藻界大胖子,在固碳减排方面存在巨大潜力。

(图片来源:中科院青岛能源所单细胞中心)
蓝光虽然伤眼睛,却能提高TA的“体脂率”
蓝光是波长处于400 nm - 480 nm之间具有较高能量的光线,会增加眼睛内黄斑区毒素量,严重威胁眼底健康。而在青岛能源所单细胞中心针对海洋微拟球藻的一项研究中,发现了蓝光不同寻常的作用——提高微藻“体脂率”。
研究人员在微拟球藻中发现了一个前所未知的“蓝光-NobZIP77-NoDGAT2B”调控通路。当培养环境中营养(氮素)丰富时,一个名为NobZIP77的蛋白(蓝光感受器),会通过与目标DNA调控序列的结合,抑制NoDGAT2B等TAG合成酶的合成,从而关闭了微藻细胞中的TAG生产线。然而,当环境中氮素耗尽时,微藻内具有吸收蓝光作用的叶绿素a会减少,导致更多蓝光进入细胞核。这样,细胞核内的NobZIP77会因为蓝光的作用,与目标DNA调控序列分离,解除对NoDGAT2B等TAG合成酶的“锁定”效果,从而触发微藻细胞中TAG的生产。
BLIO技术,让TA变成了大胖子
基于上述发现,单细胞中心发明了名为BLIO的蓝光特异性诱导高产油技术。首先,对微拟球藻进行基因改造,去掉NobZIP77基因;然后,将改造的微拟球藻在白光和氮素丰富的情况下培养9天;最后,启动蓝光照射。研究人员发现,BLIO技术会大幅提高微拟球藻的峰值TAG产量,与改造前的培养过程相比,TAG生产率提高了整整一倍。
那么问题来了,去掉了NobZIP77基因的微拟球藻,理论上不存在蓝光诱导产油的作用靶点了,为什么蓝光仍可以提高TAG产量呢?
首先,微拟球藻中存在多种蓝光感受器,NobZIP77只是其中的一种,不同蓝光感受器之间可能存在一些目前未知的协同或拮抗作用。其次,与细胞内TAG组装相关的DGAT酶存在多种类型,包括DGAT2A、DGAT2C、DGAT2D、DGAT2H、DGAT2J、DGAT2K等。因此,NobZIP77基因的去除,并不能完全取消蓝光对TAG合成的影响,蓝光照射可能会通过与其他蓝光感受器作用,影响其他DGAT酶,进而诱导TAG合成。

BLIO技术助力微藻服务碳达峰与碳中和(图片来源:中科院青岛能源所单细胞中心)
“碳达峰、碳中和”目标的提出,是中国应对全球气候问题的庄严承诺。在蓝光帮助下“体脂率”不断升高的微藻大胖子,将在捕获CO2的同时产生更多的清洁能源,在双碳行动中发挥更加重要的作用。
参考文献:
1. Peng Zhang#, Yi Xin#, Yuehui He, Xianfeng Tang, Chen Shen, Qintao Wang, Nana Lv, Yun Li, Qiang Hu, Jian Xu*. Exploring a blue-light-sensing transcriptional factor to double the peak productivity of oil in Nannochloropsis oceanica. Nature Communications 2022, 13(1): 1664.
来源:中国科学院青岛生物能源与过程研究所