絮凝微生物采收微藻的作用机制研究进展

微藻广泛分布于自然界,其易培养,生长快且应用价值高,普遍用于生物燃料、医学原料、优质食品源及畜牧养殖业等。近年来,通过对光生物反应器改造设计、高产藻株筛选、代谢通路基因改造等方法实现微藻产量的提高,而在微藻处理的下游过程的研究与创新不足,特别是微藻采收已经成为其产业发展的瓶颈。本文综述了絮凝法在微藻采收中的作用,重点讨论了絮凝微生物在微藻采收中的作用,并对絮凝微生物对微藻的絮凝机制进行广泛探讨,为絮凝微生物采收微藻提供理论依据。     

固碳产油微藻的基因工程改造

藻种的选育和基因工程改造是微藻生物柴油研究的核心。为此,简要综述了微藻从光合作用到甘油三酯(TAG)合成过程中的关键基因及其代谢调控等方面的研究进展。从光合作用固碳、中心碳代谢、脂肪酸合成、TAG的组装、抑制TAG合成的竞争途径及脂类的分解途径等几个方面入手,浅析各个代谢途径中关键基因的作用及其表达调控。在此基础上,探讨微藻基因工程改造的可行性并指出微藻生物柴油在生物质能源领域中的前景及其综合利用的发展优势。     

莱茵衣藻中脂质代谢过程研究进展

微藻中脂质代谢产生的化合物,可用于生物燃料、营养品和生物药品的生产,因此具有重要的经济价值。脂质代谢贯穿微藻的全部生命过程,对微藻的生长发育和应对外界胁迫都具有重要意义。微藻与研究较清楚的真菌和陆地植物在脂质代谢过程方面具有相似性。当然,随着微藻脂质代谢相关功能基因逐渐被鉴定,人们发现微藻的脂质代谢也具有区别真菌和陆地植物的独特性,因此针对微藻脂质代谢过程的分析具有重要意义。莱茵衣藻是研究脂质代谢过程的模式生物,已经通过基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等方法,对其质体、内质网和过氧化物酶体中进行的脂质合成和分解过程进行了研究。本文总结了近年来莱茵衣藻质体、内质网和过氧化物酶体中脂质代谢过程的研究成果,并进行综合阐述。     

微藻生物燃料及高价值产物的代谢研究进展

微藻是当今代谢工程领域最具潜力的燃料生物质来源之一.其结构简单、基因可操作性强的特点使其可通过不同的代谢工程手段得到丰富多样的生物燃料和高价值产物.本文系统地总结了近年来国内外利用微藻在脂质、氢气、乙烯、醇类、脂肪醇和脂肪烃、糖类、萜类及其他高价值产物的生产中取得的进展,并通过介绍着眼于改变光合作用关键酶体或复合物以提升生物质产量的相关研究进展,分析了生物质合成代谢途径的改变对上游光合作用的潜在影响.结合系统生物学及生物信息学方法筛选高效的微藻株系,改变碳流方向以提升生物质的合成效率,实现高效地同源重组,提高外源基因在微藻内的表达效率是微藻代谢工程亟待解决的问题.本文在此基础上结合近年来各个交叉学科的发展趋势,提出了若干改良微藻代谢的新模式,以期对微藻代谢研究及后续的工程改造有所启示.     

微藻代谢工程改造研究进展及展望

微藻种类繁多,分布广泛,很多微藻能通过自身代谢生产油脂、色素、多糖等高价值产品.但通常情况下,微藻生产高价值产品时存在产物含量低以及细胞采收成本高等缺点,限制了微藻产品的实际应用.为了有效开发利用微藻资源,研究如何利用遗传改造技术选育藻株,提高其代谢物含量,并改善微藻采收效率十分重要.近年来,利用代谢工程改造微藻取得了显著进展,此外,微藻基因组编辑及合成生物学研究也不断深入,这些遗传改造技术的不断进步和创新,必将提高微藻重要代谢物的生产效率,以满足人类不断增长的能源、食品和制药工业需求.     

抗生素在微藻工程中的应用研究进展

微藻具有极高的应用价值,近些年来针对于微藻的研究也越来越受到重视。抗生素的使用是微藻进行无菌化及突变体筛选等微藻研究中常用的手段之一,抗生素的作用会对微藻的生长代谢、生理活性等产生影响。现将近年来抗生素在微藻工程中的应用研究进行综述,包括抗生素在微藻无菌化培养及微藻突变株筛选中的应用及抗生素对微藻生长和生理上的影响,并对今后抗生素在微藻工程中的研究前景进行展望。     

微藻藻种的筛选和育种及基因工程改造

正利用微藻油脂、烷烃或微藻淀粉生产生物柴油或生物酒精已成为国际生物能源研究领域的前沿和各个国家尤其是西方发达国家能源科技竞争的热点。然而,微藻生物燃料面临用于大规模工业化培养的微藻品种较少、生产成本高而难于商业化应用的问题。文章深入研究微藻生物技术的发展,对目前微藻藻种筛选、育种和基因工程技术改造进行分析,为进一步发掘筛选新的微藻生物资源、获得富含生物燃料原料成分及多种生物活性成分的优良藻种提供指导,加快微藻的生物产品和生物燃料商业化生产。     

微藻(Chlorella sorokiniana)的转录组分析:油脂生物合成相关的途径解析和基因挖掘

【目的】为了构建和改造产油微藻(Chloralla sorokiniana),需要从基因组水平解析脂肪酸、三酰甘油、淀粉等生物大分子的合成和降解途径,并分析和确定其中的重要基因。【方法】本研究选取了初始氮浓度分别为KNO3∶8g/L和KNO3∶2 g/L的培养条件培养微藻C.sorokiniana,培养至84h收集藻细胞进行Illumina Hiseq2000双端测序,利用Trinity进行de novo拼接,得到的转录本通过Nr数据库、UniProtKB/Swiss-Prot数据库、COG数据库进行功能注释及分类,通过KEGG数据库进行相关代谢途径注释。最后利用RSEM计算每个转录本的RPKM值,并对相关代谢途径中的转录本的表达差异进行了初步分析。【结果】Illumina Hiseq2000双端测序共获得49M 100 bp的raw reads,de novo拼接得到49885个转录本,其长度范围在300bp到14100bp之间,N50为1941 bp。其中26479个转录本成功注释到功能,2357个转录本注释到了EC编号,利用这些转录本注释到207条代谢途径。在此基础上构建了C.sorokiniana的脂肪酸、三酰甘油、淀粉等生物大分子的合成及降解途径。并初步确定了代谢途径中基因的上调及下调水平。【结论】通过RNA-seq分析实现了对非模式藻株C.sorokiniana的基因组解析,在此基础上构建了脂肪酸、三酰甘油、淀粉的生物合成和降解途径及重要基因,所构建的代谢途径与模式藻株莱氏衣藻是一致的,并比较了相关途径中的基因的表达差异,这些信息有助于将来对微藻进行遗传改造提高其产油能力。     

代谢调控在微藻油脂积累中的作用

矿物能源的无节制使用,引起了日益严重的环境问题.随着全球石油耗竭及其价格的上涨,大力发展生物质能源、寻求可再生性新能源,对经济的可持续发展、缓解能源压力、控制环境污染具有重要的战略意义.微藻以其生长周期短,含油量高而引起了人们的广泛关注.但由于对藻类脂肪代谢中的调节机制了解不多,以及微藻基因组研究的相对滞后,极大的限制了微藻生物质能源的大规模开发利用.随着现代生物技术的发展,通过基因工程、代谢工程的方法,调控微藻脂类代谢,提高藻类含油量和生物量已成为可能.该文综述了影响微藻生长和油脂积累的生理生态因素及其调控的研究进展,探讨了代谢调控在微藻油脂积累中的作用及其在生物质能开发中的应用前景.     

生物柴油原料资源高油脂微藻的开发利用

生物柴油作为化石能源的替代燃料已在国际上得到广泛应用。至今生物柴油的原料主要来自油料植物, 但与农作物争地的情况以及较高的原料成本限制了生物柴油的进一步推广。微藻作为高光合生物有其特殊的原料成本优势, 微藻的脂类含量最高可达细胞干重的80%。利用生物技术改良微藻, 获得的高油脂基因工程微藻经规模养殖, 可大大降低生物柴油原料成本。介绍了国内外生物柴油的应用现状, 阐述了微藻作为生物柴油原料的优势, 对基因工程技术调控微藻脂类代谢途径的研究进展, 以及在构建工程微藻中面临的问题和应采取的对策进行了综述和展望。     

微藻三酰甘油合成途径及其最新研究进展

三酰甘油(triacylglycerols,TAGs)是动物、植物、微生物和微藻细胞主要的储藏性脂类,它可应用于食品、轻工业和生物燃料等方面,是一种新型可再生能源——生物柴油生产的重要原料。与高等油料作物相比,微藻具有光合作用效率高、生长速度快、油脂产量高、不占用农业耕地和适应多种生长环境等优势,是一种潜在的新型生物柴油生产原料。然而,目前人们对有机体,尤其是微藻细胞内TAG合成与积累的分子机制及细胞的代谢调控机制还知之甚少。对TAG合成的一系列重要过程,包括脂肪酸的合成,TAG生物合成的主要途径和旁路途径,以及与TAG合成相关的关键酶和重要基因等进行了综述,特别对微藻细胞中与TAG合成相关的关键基因的最新研究进展进行了总结,旨在更好地了解油脂代谢的调控途径,为最大限度地供应生物柴油的生产原料提供理论基础。     

植物次生代谢基因工程

植物次生代谢基因工程,是利用基因工程技术对植物次生代谢途径的遗传特性进行改造,进而改变植物次生代谢产物。植物次生代谢基因工程的出现是人类对次生代谢途径的深入了解和分子生物学向纵深发展的结果,同时它又促进了次生代谢分子生物学的发展。调控因子的应用和多基因的协同转化为植物次生代谢基因工程拓宽了思路。从次生代谢图谱、植物基因工程策略和植物转基因方法等方面对植物次生代谢的基因工程研究进展做一简要概述。     

微藻油脂合成代谢途径及调控机制的研究进展

随着经济的快速发展,各国对石油的需求仍有增无减,但是石油作为不可再生能源不利于可持续发展。相比之下,生物柴油应运而生且已发展到了第三代,而微藻作为第三代生物柴油的主角因为具有生长速度快,不占用耕地等优势,已逐渐成为具有极大发展潜力的能源原料,所以利用微藻生产生物柴油的技术近年来也成为研究的重点。本综述针对微藻容易进行基因改造的优势,综述了国内外对微藻油脂代谢通路的研究现状及进展,讨论了目前的基因改造方法对通路中关键酶产生的影响,以求找到能有效并稳定增强微藻油脂代谢途径的方法,为以后的研究提供理论指导。     

代谢组学及其在微藻研究中的应用

代谢组学以完整的生物体为研究对象,运用合适的分析测试手段检测靶向或非靶向代谢物,结合统计模型进行分析解释。随着微藻研究的深入,微藻与代谢组学结合探究分子作用机理的研究日益增多。本文总结代谢组学的发展概况、研究流程及常用分析技术特点和代谢组学在微藻领域的研究进展,展望代谢组学在微藻研究的应用前景与发展趋势,并提出实际应用中所面临的困难与挑战。     

微藻规模化培养研究进展

微藻作为地球上最古老的物种之一,其诞生可追溯到35亿多年前.微藻的种类十分丰富,形态也多种多样.微藻一般都含有叶绿体,因此可进行光合作用,有研究表明微藻固定CO2的能力是陆地植物的10倍.微藻以其丰富的代谢产物及独特的生理特性在可再生能源、生物医药、食品工业和环境监测等方面有着广泛的应用.然而如何在控制成本的前提下对微...     

微藻废水生物处理技术研究进展

微藻因生长速率快、细胞脂质含量高及具有生物隔离二氧化碳能力,已作为新一代生物质能源受到广泛关注.然而,投入大量淡水资源并需在生长期间持续提供营养物质已成为规模化培育微藻的主要障碍.将微藻培育系统与废水处理相结合是经济可行的污水资源化方案.基于微藻生长期间对氮磷等营养物质的利用机制,本文综述了微藻在各类废水生物处理过程中的应用情况,着重分析了其对废水中有机与无机化合物、重金属以及病原体的去除或抑制能力.同时,考察了废水初始营养物浓度、光照、温度、pH与盐度以及气体交换量等环境因素对微藻生长代谢的影响.此外,结合微藻规模化应用所面临的问题,对微藻废水处理技术的应用前景及发展方向进行了展望,旨在为水生态系统的建设与管理提供参考.     

基于同源重组的裂殖壶菌遗传转化体系的构建及验证

【目的】裂殖壶菌是一种能高效生产DHA的海洋真菌;基因工程技术已经成功应用在微生物改造和代谢机理研究中,利用基因工程技术对裂殖壶菌进行改造首先需要构建适合裂殖壶菌的遗传转化体系;【方法】本文利用电转化的方法将含有18S r DNA同源重组片段的ble基因导入裂殖壶菌中,通过zeocin抗性平板筛选出阳性菌株,并设计ble基因引物,以裂殖壶菌基因组为模板,进行PCR验证ble基因是否成功结合到裂殖壶菌染色体上。【结果】筛选获得的抗性菌株基因组上确实PCR出ble基因片段,对改造菌株与原始菌株进行发酵培养,发现改造后菌株在生物量、油脂含量、DHA含量及脂肪酸分布等方面和原始菌株基本一致。【结论】抗性基因的插入不会影响菌株的正常代谢,该体系的构建为后续其他外源基因导入奠定基础。     

代谢转基因植物的研究现状与展望

代谢转基因是通过基因工程技术对细胞内的代谢途径进行遗传修饰,进而完成细胞特性改造。代谢修饰转基因植物是一个极具商业前景的领域,在医药、环境、农业等方面已有许多成功应用的实例。综合调控代谢的基因工程策略,讨论了代谢转基因植物的研究现状,我国农业生产中存在的主要问题和代谢转基因技术对我国农业发展的意义和前景。     

乳酸菌基因组编辑技术研究进展

乳酸菌是一类重要的工业微生物,具有多种益生功能。目前关于其代谢功能改造、蛋白功能鉴定和挖掘优良功能基因等的研究主要依赖于传统的同源重组技术,但该技术效率低下,耗时且操作繁琐,严重制约了乳酸菌在基因水平的改造。因此建立稳定、高效的乳酸菌基因编辑方法,借助基因编辑技术挖掘功能基因、解析代谢途径、改良工业菌株等是十分有必要的。文章综述了乳酸菌基因编辑技术及其原理,并对这些技术在乳酸菌基因组上的应用现状和亟待解决的问题进行了分析总结,展望了乳酸菌基因组编辑技术的未来发展趋势,以期为乳酸菌功能基因鉴定及遗传改良提供参考。