莱茵衣藻高细胞生长密度HCD基因的功能分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31571392
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0704.细胞命运及重编程
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Green microalgae are thought to be one of the sources for future biofuels, currently due to the low cell-growth density in photoautotrophic cultures, algae-based biofuel production is not competitive. Hence, increase of biomass density in phototrophic culture is essential for competitiveness of the algae-based biofuel production. Scientists have found that reducing the size of light-harvesting complex can increase the usage of light energy when Chlamydomonas reinhardtii grown under very highlight conditions, leading to high cell-growth density. However, large-scalecultivation system with very highlight intensity is not only costly, but also hard to maintain. To obtain strains that grow with high biomass density under the phototrophic growth condition of continuous light with moderate intensity, we performed forward genetic screening based on passages of a pool of thousands of insertional mutant strains and isolated at least 3 high cell-growth density HCD strains. Biomass production or dry cell weight per liter of the mutant strains is 100% higher than that of wild type; lipid accumulation induced by nitrogen starvation is not affected by mutations; and one of the mutant strains exhibits a wee-like small-sized cell phenotype, suggesting that reduction of cell division threshold volume can increase cell biomass productivity. This project aims to analyze energy metabolic activity and cell cycle regulation in mutant strains for identifying factors that coordinate metabolic activities and the cell cycleand for illumination of molecular mechanisms for increase of biomass by HCD genes in C. reinhardtii. Studies of algal-based energy often focus on the metabolic activities, given that metabolism is confined by cell cycle regulation, our study will discovernew approaches for increase of algal-based energy production.
绿色微藻被认为是未来的生物燃料来源之一,但由于目前光合自养细胞密度过低,微藻能源缺乏竞争力。所以,增加微藻自养生物量是提高微藻能源竞争力的必要条件。 科学家发现,莱茵衣藻的光吸收体变小可以在强光下增加光利用率从而提高生物量。但是,大规模强光养殖投入大,且维护成本高。为了在普通持续光照下提高自养生物量,我们通过连续传代培养含上千个插入突变子的混合衣藻溶液,分离出三株高细胞密度HCD突变体,它们的生物量比野生型高约40%,增加光照后的生物量比野生型高达100%,高细胞密度不影响氮饥饿诱导的油脂积累,其中一株呈类似WEE的小细胞表型,说明降低细胞分裂体积阈值有利于增加细胞生物量。本项目拟通过分析突变子的能量代谢活性和细胞周期调控,找出协调两者的调控因子,阐明HCD基因增加衣藻生物量的分子机制。微藻能源研究通常以提高能量代谢为主,但它受细胞周期调控,所以我们的研究将为提高微藻能源生产提供新的途径。

结项摘要

绿色微藻是潜在的生产生物能源的细胞工厂。细胞工厂藻株应该是具有高细胞生长密度、高油脂含量、高抵逆能力的。本项目以连续传代筛选出来的三株模式莱茵衣藻高细胞密度HCD插入突变子为对象,研究HCD的插入位点及其受影响的基因功能。一株HCD2插入编码区,RNA干扰沉默获得表型拷贝。不过,另两株HCD1和HCD3插入位点在非编码区,比邻基因的干扰或过表达都没能拷贝表型,失去了进一步分析的依据。为此,我们新添了研究富油微拟球藻在缺氮磷应激过程中油脂的代谢流向和积累位点及其分析无壁杜氏盐藻在镉胁迫应激过程中活性氧和抗氧化分子合成途径的内容。HCD1和HCD3的表型似乎与线粒体体积增加有关,HCD2的线粒体体积则与野生型相似,但ATP含量明显增加,这些结果说明细胞密度受多渠道调控。微藻中性油脂含量通常在细胞生长受阻时增加,在内质网膜或叶绿体膜积累。由于位点特异同工酶的分析较少,使得转录组分析无法有效分辨油脂积累的位点。我们通过脂质组与转录组协同分析,根据中性油脂甘油骨架sn2位点的脂肪酸碳链长度,明确了缺氮磷诱导的微拟球藻中性油脂主要在叶绿体积累,少量在细胞质。杜氏盐藻没有细胞壁,是研究环境胁迫应激反应的模式物种。通过代谢组结合转录组分析,我们发现杜氏盐藻在镉的长期胁迫下,一些氧化反应的产物大量积累,比如腺苷在氧化后生成过氧化氢和5’-脱氢腺苷含量,后者在所有代谢物中增量最大,为研究镉胁迫应激反应机制提供了新的途径。同时,谷胱甘肽等抗氧化剂含量也明显增加,以抵御和修复活性氧的侵蚀。因为非质粒CAS9核蛋白的基因编辑技术日趋成熟,使得非模式生物基因修饰与模式生物相差无几,我们的结果为提高叶绿体油脂积累和阻断镉诱导的活性氧合成提供了靶标,加快细胞工厂藻株的构建,保证国家能源安全。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
微藻淀粉代谢研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    微藻, 淀粉, 代谢途径
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘冰颖;刘建华
  • 通讯作者:
    刘建华
De novo transcriptomic analysis of the oleaginous alga Botryococcus braunii AC768 (Chlorophyta)
产油藻 Botryococcus braunii AC768(绿藻门)的从头转录组分析
  • DOI:
    10.1007/s10811-018-1577-0
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Applied Phycology
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Xiaolin Zhang;Fang Wen;Zhenyu Xu;Deying Sun;Wee Chew;Jianhua Liu
  • 通讯作者:
    Jianhua Liu
Transcriptional and physiological responses of Dunaliella salina to cadmium reveals time-dependent turnover of ribosome, photosystem, and ROS-scavenging pathways
盐藻对镉的转录和生理反应揭示了核糖体、光系统和 ROS 清除途径的时间依赖性周转
  • DOI:
    10.1016/j.aquatox.2018.12.007
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Aquatic Toxicology
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Zhu Qing Ling;Guo Sai Nan;Wen Fang;Zhang Xiao Lin;Wang Cheng Cheng;Si Lan Fang;Zheng Jia Lang;Liu Jianhua
  • 通讯作者:
    Liu Jianhua
布朗葡萄藻转录组研究进展
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.122.085301
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐振宇;刘建华
  • 通讯作者:
    刘建华
De novo transcriptomic profiling of Dunaliella salina reveals concordant flows of glycerol metabolic pathways upon reciprocal salinity changes
杜氏盐藻的从头转录组分析揭示了甘油代谢途径在盐度相互变化时的一致流动
  • DOI:
    10.1039/c9sc04098f
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Algal Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    L. Fang;S. Qi;Z. Xu;W. Wei;J. He;X. Chen;J. Liu
  • 通讯作者:
    J. Liu

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其他文献

Inclusion Variations of Hot Working Die Steel H13 in Refining Process
热作模具钢H13精炼过程中夹杂物变化
  • DOI:
    10.4271/10-02-02-0010
  • 发表时间:
    2012-11-28
  • 期刊:
    SAE International Journal of Vehicle Dynamics, Stability, and NVH
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建华
  • 通讯作者:
    刘建华
石墨烯-聚吡咯纳米管杂化材料的制备及电容特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    无机化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建华;马玉骁;于美;安军伟;李松梅
  • 通讯作者:
    李松梅
高湿度环境下衬底表面对牛胰岛素聚集的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Chinese Science Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建华;刘京松;谭菊花;张莹莹;吴钟良;李宾;周星飞
  • 通讯作者:
    周星飞
sp3-Defect and pore engineered carbon framework for high energy density supercapacitors
sp3-用于高能量密度超级电容器的缺陷和孔隙工程碳框架
  • DOI:
    10.1038/nbt.4060
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    JOURNAL OF POWER SOURCES
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    吴学科;于美;刘建华;李松梅;张晓亮
  • 通讯作者:
    张晓亮
ZrN/TiN复合涂层刀具的摩擦性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    山东大学学报. 2006, 35 (6):14-18
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建华; 张卧波; 邓建新; 李友生
  • 通讯作者:
    李友生

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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