microRNA介导雨生红球藻在高光胁迫下次级细胞壁形成和虾青素积累的分子机制_NormalPdf.docxVIP

第54卷第3期

第54卷第3期2023年5月

Vol.54,No.3May,2023

OCEANOLOGIAETLIMNOLOGIASINICA

microRNA介导雨生红球藻在高光胁迫下次级细胞壁形成和虾青素积累的分子机制*

陈锋1,2胡朝阳1,2孙雪1,2徐年军1,2①

(1.宁波大学海洋学院浙江宁波315211;2.浙江省海洋生物工程重点实验室浙江宁波315211)

摘要雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)是天然虾青素的最佳来源,它可以在高光胁迫等不利条件下转变成厚壁细胞并积累大量虾青素。然而,目前从微小RNA(microRNA,miRNA)层面来揭示在高光胁迫下雨生红球藻次级细胞壁形成和虾青素合成的机理研究尚未见报道。对高光处理下三个时间点的雨生红球藻样品进行microRNA测序,共鉴定出342个已知miRNA和283个新miRNA。在这625个miRNA中,其中有206个miRNA的表达量受高光影响,这些差异表达的miRNA的靶基因参与了淀粉与蔗糖代谢、甘露糖与果糖代谢、糖酵解和萜类骨架生物合成等重要代谢通路。结合转录组结果发现,高光胁迫下有6个miRNA调控了3个和次级细胞壁形成相关靶基因的表达,有5个miRNA调控了5个和虾青素生物合成相关靶基因的表达。以上结果揭示了雨生红球藻在高光下miRNA调控次级细胞壁形成和虾青素生物合成的潜在机制,为雨生红球藻虾青素的代谢工程奠定了理论基础。

关键词雨生红球藻;microRNA;次级细胞壁;虾青素;高光胁迫

中图分类号Q946;Q789;S968.4doi:10.11693/hyhz20220800205

虾青素(3,3'-二羟基-β,β-1-胡萝卜素-4,4'-二酮)是一种天然存在的类胡萝卜素(Gongetal,2016)。虾青素的基本结构由一个40碳不饱和骨架组成,并由一个基本的异戊二烯结构进行生物合成(Ambatietal,2014)。虾青素最先以赋予鲑科鱼类(鲑鱼和鳟鱼)、虾、龙虾粉红色肉质而闻名,在它们的生长和繁殖过程中发挥着重要作用,因此被广泛应用于水产养殖(Limetal,2018)。从营养的角度来看,虾青素被认为是自然界中最强大的抗氧化剂,抗氧化能力是维生素E的550倍。多项研究表明,虾青素不仅可以有效地调节人体免疫力,还可以预防肿瘤和心血管疾病,治疗、缓解阿尔茨海默病和帕金森病相关的神经损伤,因此在水产养殖、化妆品和医药等领域得到了广泛的应用,具有巨大的市场价值(Miyawakietal,2008;Raoetal,2013;Galassoetal,2018)。

雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)是一种单细胞绿藻,在高光、氮饥饿和高盐等非生物胁迫下,可以积累其干重4%以上的虾青素,是目前自然界中最优的虾青素生产者(Fábregasetal,2003)。胁迫条件会引发雨生红球藻细胞内活性氧的暴发,它在调节雨生红球藻类胡萝卜素合成和虾青素积累中起着关键作用,其中,高光是诱导虾青素积累的最有效的条件(Huetal,2020)。雨生红球藻有着复杂的生活史,根据形态和生理特征可以分为游动细胞和不动细胞(Zhangetal,2019)。在适宜的条件下,藻细胞呈绿色游动状态,通过细胞增殖来增加生物量。在胁迫条件下,藻细胞的增殖受到抑制,其游动细胞的鞭毛开始脱落进而转变成不动细胞,同时伴随着次级细胞壁的形成以及虾青素的大量积累(Huetal,2019)。因此,利用雨生红球藻进行虾青素的生产需要两个阶段,

*国家自然科学基金项目,号。陈锋,硕士研究生,E-mail:chenfengnbu@163.com

①通信作者:徐年军,E-mail:xunianjun@

收稿日期:2022-08-01,收修改稿日期:2022-10-03

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