雨生红球藻己糖激酶基因的克隆和生物信息学分析

本研究以雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)为研究对象,利用同源克隆和cDNA末端快速扩增技术(RACE)相结合的方法获得了雨生红球藻己糖激酶(HaeHK)基因的cDNA全长序列,并进行了序列分析。结果表明,HaeHK的cDNA全长为2 047 bp,其中开放阅读框的长度为1 716 bp,编码571个氨基酸。该蛋白预测的等电点(pI)为6.49,理论分子量为60.61 kD。经在线BLAST同源比对分析发现,其与团藻(Volvox carteri)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)来源HKs的相似性分别达到50%和46%。通过序列比对和结构域分析可知,HaeHK蛋白存在与高等植物来源HKs相似的结构域,且具有HK家族的显著特征。高级结构同源建模表明其具有典型的“蝴蝶”结构。系统进化分析显示,高等植物和真核绿藻(Chlorophyta)来源HKs可能来自共同的祖先。本文首次从雨生红球藻中获得编码HaeHK的基因序列,为雨生红球藻中HK的表达和功能研究奠定基础,同时为解析雨生红球藻己糖利用及代谢的分子机制提供线索。     

雨生红球藻β－胡萝卜素酮化酶（bkt）启动子功能分析

单细胞绿藻———雨生红球藻在逆境条件下积累大量的虾青素。β-胡萝卜素酮化酶(bkt)催化在β-胡萝卜素和玉米黄素的β-紫罗酮环C-4位引入酮基的反应,是虾青素合成过程中的关键酶。我们利用凝胶阻滞的方法研究雨生红球藻中bkt基因309bp(-617/-309)启动子区域的转录因子结合位点并发现在-396/-338的59bp探针存在特异的核蛋白结合位点。通过序列分析,发现此59bp区域并不包含TATA或者CAAT-box,而是存在对光、缺氧、p-香豆酸及激素反应的G-box。     

雨生红球藻虾青素酰基转移酶的鉴定与功能研究

为研究雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)的甘油二酯酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase, DGAT)是否具有催化虾青素酰基化的功能, 首先通过雨生红球藻的cDNA库克隆得到了一个II型DGAT编码区全长序列(DGTT2)。在甘油三酯(Triacylglycerol, TAG)合成缺陷型酵母Saccharomyces cerevisiae H1246中过表达DGTT2基因发现HpDGTT2不能回补H1246的表型, 即不具有典型的DGAT功能。利用分离得到的雨生红球藻的内质网成功地建立了一个体外的虾青素酰基转移酶酶活测定体系, 添加含有重组HpDGTT2的酵母细胞的微粒体后虾青素酯的含量显著高于对照, 初步表明HpDGTT2具有催化雨生红球藻中虾青素酰基化功能。以上结果为进一步探索雨生红球藻中DGTT2的功能及深入理解虾青素合成在代谢水平的调控奠定了基础。     

雨生红球藻基因组文库的构建及鉴定

本研究以雨生红球藻34-1n为材料,提取其基因组DNA,利用限制性内切酶Sau3AⅠ对基因组DNA进行酶解,回收6~8kb的基因组DNA片段,并浓缩至200ng/μL。该片段与经BamH Ⅰ酶切和去磷酸化处理后的pUC18载体连接,然后电击转化到受体菌Escherichia.coli DH5α中,获得雨生红球藻34-1n的基因组文库。该文库的平均插入片段长度约为6.5kb,获得6×105个克隆数。通过PCR筛选,由雨生红球藻基因组文库中获得含bkt1序列的单克隆菌,与β-胡萝卜素氧化酶序列(GenBank:DQ086233.1)进行比对,结果表明bkt1基因组序列含有6个外显子。本研究为进一步鉴定雨生红球藻相关基因提供了一个文库平台。     

外源2,6-二叔丁基对甲酚对非生物胁迫条件下雨生红球藻虾青素积累的影响

【背景】雨生红球藻是天然虾青素的最佳来源,广泛应用于虾青素的工业化生产。【目的】探究外源添加不同浓度的2,6-二叔丁基对甲酚(Butylated hydroxytoluene,BHT)对雨生红球藻虾青素积累的影响,以期建立BHT提高雨生红球藻虾青素产量的技术体系。【方法】选用不含硝态氮的BBM培养基,辅以强光照,培养雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)LUGU,测试不同浓度BHT对雨生红球藻生物量、虾青素含量、活性氧、抗氧化系统和虾青素合成相关酶基因的影响。【结果】在0-3 mg/L BHT范围内,2 mg/L BHT对雨生红球藻虾青素积累的促进效果最佳,达到31.66 mg/g。2 mg/L BHT有效降低了雨生红球藻内的活性氧水平,增加了细胞内NO水平,提高了藻细胞内过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)活性以及谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的含量,诱导了虾青素合成关键酶基因chy和lcy的高效表达。【结论】非生物胁迫条件下,外源添加适量的BHT能促进雨生红球藻中虾青素的积累,且与藻细胞内的信号分子活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、NO水平及虾青素合成相关基因的表达调控相关。     

雨生红球藻培养过程中色素动态变化与光合生理特性研究

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis CG-06为实验材料,分析测定在正常培养周期内藻细胞主要色素的变化动态、光合生理特性,以及培养基中硝态氮的含量。结果表明,雨生红球藻在绿色细胞阶段的主要色素包括:叶绿素、叶黄素、β-胡萝卜素,培养至红色细胞阶段增加了角黄素、海胆酮、虾青素单酯及双酯等次生类胡萝卜素。硝态氮浓度在培养初期下降迅速,第3 d降至4.875 mg/L,下降了85.3%,至第7 d下降为0.169 mg/L。雨生红球藻培养至第7 d时,细胞中开始检测出虾青素,含量为0.159 mg/g,此时虾青素合成速度较快,至第11 d虾青素含量上升为1.68 mg/g,在虾青素合成初期β-胡萝卜素的含量下降。藻细胞的光合速率、呼吸速率和NPQ在培养前期比较稳定,第7 d细胞光合速率开始下降,而呼吸速率和NPQ则上升,在整个培养周期中,藻细胞的Fv/Fm变化不明显。     

沉默lycB基因对雨生红球藻类胡萝卜素合成代谢的影响

雨生红球藻是一种淡水浮游单细胞绿藻, 逆境条件下可积累大量的类胡萝卜素。番茄红素是类胡萝卜素中的一种, 是类胡萝卜素合成代谢中的一个重要中间产物。番茄红素β-环化酶(LycB)是催化番茄红素形成β-胡萝卜素的关键酶。文章以杜氏盐藻lycB基因为干扰序列, 构建了含卡那霉素与阿特拉津双抗性的RNAi载体p1301-BS-RNAi。将其电转化进雨生红球藻细胞, 经抗性筛选、基因组PCR及RT-PCR筛选, 获得了16个独立的干扰株系。选取生长良好的7个进行高光诱导, 发现其番茄红素含量增加了99.4%, β-胡萝卜素含量减少了48.4%, 即通过异源的lycB-RNAi基因沉默可抑制番茄红素向β-胡萝卜素的转化。对比分析发现, 番茄红素增加量仅是β-胡萝卜素减少量的5%, 表明因lycB-RNAi抑制而产生的番茄红素的95%又被其他通路转换成了其他代谢产物, 因此要实现雨生红球藻番茄红素含量的大幅增长, 需协同调控其他代谢通路。     

黄腐酸对雨生红球藻虾青素的积累和CHY基因表达量影响

实验以雨生红球藻Haematococcus pluvialis LUGU为对象,研究了不同浓度的黄腐酸对微藻细胞生长、虾青素积累以及β-胡萝卜素羟化酶(CHY)基因表达量的影响。结果表明,FA浓度为5 mg/L,藻细胞生物量产率达到了79.39 mg/(L·d),虾青素产量达到了20.82 mg/L,分别比对照组提高了4.25%和86.89%;FA浓度为10 mg/L,藻细胞的生物量产率和虾青素产量分别比对照组提高了5.44%和9.78%。RT-PCR分析显示,虾青素合成的关键基因CHY的表达受FA的诱导,当添加5和10 mg/L的黄腐酸时,CHY基因最大的表达量分别为对照的18.1倍和7.3倍,当添加20 mg/L的黄腐酸时CHY基因的最大的表达量仅为对照的3.2倍,FA诱导下的雨生红球藻虾青素的积累含量和CHY基因表达量呈正相关。实验表明,适当浓度的黄腐酸不仅能够显著提高虾青素合成关键酶基因CHY的表达水平,并且明显促进了藻细胞内虾青素的积累,因此黄腐酸可作为虾青素生产的一种有效诱导子。     

雨生红球藻抗氧化系统对活性氧的清除机制

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种淡水单细胞绿藻,隶属绿藻门、团藻目、红球藻科、红球藻属。它受强光、氮饥饿、高盐等胁迫时积累大量的虾青素,含量可高达细胞干重的6.0%以上[1]。相关研究也显示来虾青素具有极强的抗氧化活性[2—4],它的抗氧化活性较α-生育酚强千倍[5],比维生素E高近百倍[6]。雨生红球藻产生     

饲料中添加雨生红球藻粉对中华绒螯蟹成体雄蟹生化组成的影响

为研究饲料中添加雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)粉对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)成体雄蟹成活、增重和生化组成的影响,分别在饲料中添加0、0.2%、0.4%和0.6%的雨生红球藻粉,配制4种等氮等脂的育肥饲料,投喂生殖蜕壳后雄蟹60 d,计算各组成活率、增重率、特定生长率和肥满度,同时测定了组织中的常规营养成分、脂肪酸组成和类胡萝卜素含量,并对实验数据进行方差分析。结果显示:(1)饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹的成活率、增重率、特定生长率和肥满度均无显著影响。(2)雄蟹性腺中的粗蛋白及肝胰腺总脂含量均以雨生红球藻粉0.4%组最高,而肌肉水分含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高整体呈上升趋势(P0.05)。(3)性腺中的脂肪酸C20:0含量随饲料雨生红球藻粉添加水平的升高而显著上升,而C16:1n7、C18:2n6和C18:3n3含量分别在雨生红球藻粉0.6%组、0.4%组和0组最高(P0.05)。(4)肝胰腺中的脂肪酸C14:0、C18:0和C18:1n7含量均以雨生红球藻粉0.2%组最高,而C18:1n9和总单不饱和脂肪酸(∑MUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6%组最高(P0.05)。(5)肌肉中的脂肪酸C14:1n5和C20:2n6含量在雨生红球藻粉0.2%组最高(P0.05),C16:0含量及二十二碳六烯酸/二十碳五烯酸(DHA/EPA)比例以雨生红球藻粉0.4%组最高,而C22:6n3、总多不饱和脂肪酸(∑PUFA)、∑n-3 PUFA和总高度不饱和脂肪酸(∑HUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6%组最高(P0.05)。(6)肝胰腺中的虾青素、β-胡萝卜素和头胸甲中的虾青素、叶黄素、玉米黄素含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高而显著上升(P0.05)。综上,饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹成活率、增重率和肥满度无显著影响,但可提高性腺粗蛋白、肌肉总多不饱和脂肪酸、肝胰腺和头胸甲中的类胡萝卜素含量,雄蟹育肥饲料中适宜的雨生红球藻粉添加量建议为0.4%左右。     

雨生红球藻八氢番茄红素合成酶基因的克隆及表征

雨生红球藻是一种单细胞绿藻,在多种逆境胁迫条件下能够大量合成并迅速积累虾青素,其积累量最高可达细胞干重的4%,从而成为目前最理想的天然虾青素合成工具.八氢番茄红素合成酶(PSY)是虾青素合成途径中第一个限速酶.分离了八氢番茄红素合成酶基因(psy)的全长cDNA及基因组DNA.其全长cDNA包括1200个碱基,编码400个氨基酸,基因组DNA包括5个外显子,4个内含子.系统发育分析结果显示,绿藻的八氢番茄红素合成酶基因形成一个进化枝,它们与高等植物的psy亲缘关系比较近.通过GenomeWalking的方法,分离了psy基因约1kb的5′侧翼序列.将含有TATA-box和CAAT-box的297bp的序列与LacZ报告基因构成嵌合的表达载体,用基因枪法转化雨生红球藻.lacZ的瞬间表达检测结果表明,这段上游序列能够驱动lacZ表达,具有启动子活性.     

pH诱导絮凝-气浮收获雨生红球藻研究

为提高雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)收获效率,文章发现一种通过pH调控诱导雨生红球藻絮凝-气浮收获方法。通过与自然沉降对比发现,在不添加混凝药剂的情况下,调节藻液的pH可以诱导雨生红球藻细胞自发团聚形成絮体,显著提高其沉降或气浮收获效率。pH小于3或大于11.5时,气浮可在2min内实现95%左右的收获效率,而自然沉降则需要30min,才能达到80%—90%的收获效率。气浮收获后的生物质含固率要显著高于沉降收获,当初始浓度为3.2 g/L时, pH诱导絮凝-气浮收获后的雨生红球藻生物质含固率可达到17%,实现了53倍浓缩。另外,与化学混凝剂(硫酸铝)和生物混凝剂(壳聚糖)混凝-气浮对比发现, pH诱导絮凝-气浮不仅可以实现传统药剂混凝-气浮的高收获效率,还可以有效避免混凝剂对生物质的污染(如金属离子残留等),且不会对雨生红球藻中虾青素提取产生影响。因此, pH调控诱导絮凝-气浮可以实现雨生红球藻的快速、高效和无污染收获,为雨生红球藻的收获提供新的解决方案。     

雨生红球藻质体球滴结构蛋白基因的克隆与原核表达

叶绿体或者有色体中的质体球滴结构(Plastoglobules)是多数植物的类胡萝卜素等次生代谢产物积累的场所,但在能大量积累虾青素的雨生红球藻中,这个结构一直没有得到确认。通过透射电子显微镜观察发现雨生红球藻的质体内确切存在plastoglobules结构;并通过RT-PCR结合RACE技术,从雨生红球藻cDNA文库中克隆到了与编码plastoglobules的结构蛋白(Plastoglobulin)具有高度同源性的基因序列全长,称做Hpgp基因;该基因的表达产物称之为雨生红球藻质体球滴蛋白(HPGP;Haematococcus plastoglobules pro-tein);并进一步利用原核表达系统将该编码基因进行原核诱导表达,用His-Tag蛋白分离纯化系统纯化到了目标蛋白,并用该His-Tag融合蛋白为抗原免疫实验兔,制备到了相应的一抗抗体,为下一步对该蛋白的功能阐明以及雨生红球藻的虾青素积累机制研究提供重要的基础。     

雨生红球藻低覆盖度基因组草图分析

开展雨生红球藻基因组测序研究,对于解读绿藻起源与进化及生物逆境胁迫响应机制,以及推动雨生红球藻产业发展都具有重要意义。利用Illumina Hiseq 2500对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)进行高通量测序,获得低覆盖度全基因组草图。通过计算k-mer分布预测该基因组草图大小约为547Mb,GC含量为59.2%,为纯合或单倍体。共得到11 059个预测基因,平均基因长度为1 711bp,平均CDS长度为681bp;平均每个基因包含3.2个外显子,外显子的平均长度为353bp。代谢通路分析表明,具有完整的糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、嘌呤和嘧啶合成等基本代谢通路。     

南丰蜜橘β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆和序列分析

以南丰蜜橘[Citrus reticulata Blanco var.kinokuni(Tanaka)H.H.Hu]基因组DNA为模板,根据已报道的柑橘β-胡萝卜素羟化酶基因保守序列设计4对引物,进行PCR扩增,得到4条长度为470、761、294和991 bp的片段.将这些片段克隆到pMD18-T载体,并进行测序.测序结果拼接成1条2 326 bp的序列.分析发现该序列含6个内含子,7个外显子.内含子两侧有典型的GT-AG保守序列.该序列中预测的编码序列与温州蜜柑、拟南芥等植物的β-胡萝卜素羟化酶基因序列保守性达80%以上,表明该序列确实为β-胡萝卜素羟化酶基因.该基因编码了1个含311个氨基酸的蛋白.将该序列递交到GenBank数据库,序列号为AM408552.     

氮源对雨生红球藻绿色生长期细胞生长的影响

【背景】雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)细胞能合成积累具有超强抗氧化活性的虾青素,是生产高值天然虾青素的优异藻种。【目的】解析不同氮源对雨生红球藻生长的效应,以期建立优化氮素营养提高雨生红球藻生物量和虾青素产量的技术体系。【方法】选用Na NO3和NH_4Cl为氮源、辅以pH缓冲液Hepes,培养雨生红球藻藻株797,测试2种不同氮源对雨生红球藻藻液pH、营养生长期(绿色生长期)藻细胞生长、叶绿素含量和生物量等的影响。【结果】以Na NO3为氮源培养的雨生红球藻细胞的比生长速率、生物量、叶绿素a和叶绿素b含量均高于以NH_4Cl为氮源培养的藻细胞。不同氮源对雨生红球藻培养液的pH值有显著影响,NH_4Cl氮源导致培养液pH值降低,然而Na NO3氮源则导致培养液pH值上升。添加pH缓冲液Hepes能有效稳定培养液的pH值,并促进雨生红球藻的生长,尤以NH_4Cl为氮源添加Hepes的效果更显著。不同氮源导致雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量等差异主要源于不同氮源引起藻液pH的变化。【结论】添加pH缓冲液Hepes可有效控制藻液pH,进而显著促进以Na NO3和NH_4Cl为氮源的雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量积累。     

微藻生物质产品和生物活性物质的研究与开发

本文综述了微藻在生物质产品及活性物质开发上的研究进展。部分微藻如节旋藻、小球藻、盐生杜氏藻和雨生红球藻等已用于商业化生产生物质产品。另外,从微藻中提炼的生物活性成分如β-胡萝卜素、虾青素、藻蓝蛋白、长链多不饱和脂肪酸和活性多糖等已应用于营养保健品和化妆品的生产。基于微藻种类的多样性和基因工程、代谢工程的快速发展,微藻天然产物具有很大的开发潜力。     

UV-B对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响

以雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)为材料,研究不同强度的UV-B对雨生红球藻生长、光合作用及虾青素积累的影响和其作用机理。设置5种紫外线强度,分别在正常光照培养条件下补充不同强度UVB(100—500 lx),标记为CK、U100、U200、U300、U400和U500六组。结果表明,经UV-B辐射后雨生红球藻细胞密度、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、非光化学淬灭系数(NPQ)和叶绿素(Chl.a和Chl.b)含量等均呈现下降趋势,且与辐射强度相关。相反,虾青素含量在100—400 lx强度下随UV-B辐射强度的增加而升高。与对照相比,高强度UV-B辐射(U400)36h和72h后藻细胞虾青素含量分别提高了35.68%和56.23%,达到5.82和7.06 mg/L。qRT-PCR检测发现雨生红球藻虾青素合成关键酶基因(IPI、PSY、BCH和BKT)的表达量随紫外辐射强度和辐射时间的增加均有不同程度升高。UV-B辐射亦调控紫外光受体UVR8及其信号转导通路核心元件(COP1、SPA1、HYH和HY5)的基因表...     

UV-B辐射对雨生红球藻光合特性和虾青素含量的影响及其响应

实验研究了不同强度的UV-B(280-320 nm)辐射对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)的光合活性、生物量、色素含量、活性氧(ROS)含量和抗氧化酶活性等的影响, 以探讨利用UV-B辐射诱导虾青素生物合成增强的可能性。结果发现, 经UV-B辐射处理后,雨生红球藻的光合活性降低、生物量增长被抑制。UV-B辐射对叶绿素影响不大, 但会改变细胞的类胡萝卜素和虾青素含量:0.1和0.3 W/m2强度的UV-B辐射使细胞中的这两种色素含量升高, 0.5 W/m2组的色素含量短暂升高后恢复到对照水平。中低强度的UV-B可以促进雨生红球藻单细胞虾青素含量的增加, 但由于其对细胞生长的抑制作用, 并不能使虾青素大量积累。随辐射时间延长, 细胞内ROS含量未明显增加,但抗氧化酶(过氧化氢酶和超氧化物歧化酶)活性下降, 雨生红球藻可能主要依靠虾青素来淬灭ROS。以上结果表明, UV-B辐射对雨生红球藻的主要生理生化过程有抑制作用, UV-B辐射既可以诱导虾青素的合成又会消耗一部分虾青素, 对虾青素含量的影响与其强度有关, 而利用虾青素来清除细胞内的ROS可能是雨生红球藻抵御这种不利环境条件的最重要的途径。       

褪黑素对非生物胁迫下雨生红球藻中虾青素积累的影响

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis LUGU株为研究对象, 研究在高光照和缺氮胁迫条件下, 添加不同浓度褪黑素(melatonin, MLT)对雨生红球藻生长、虾青素积累、活性氧(ROS)、信号分子及dxs基因表达量的影响。结果表明, 外源添加10 μmol/L MLT可有效提高藻细胞中虾青素的含量, 最高可达31.32 mg/g, 是对照组(13.27 mg/g)的2.36倍; 抑制了细胞内ROS水平, 上调了信号分子一氧化氮(NO)和水杨酸(SA)的含量; 此外, dxs基因表达水平比对照组明显提高, 最高达11.3倍。研究表明, 在非生物胁迫条件下, 雨生红球藻中虾青素的大量积累可能与外源MLT调控细胞内ROS、信号分子及基因表达有关。