近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所生物物理室科研人員在重離子束誘變選育高效固碳微藻工程株研究中取得新進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)重離子束輻射誘變對(duì)四尾柵藻突變株能量轉(zhuǎn)換和碳代謝途徑影響顯著，同時(shí)，獲得兼具高效固碳能力和抗逆性的四尾柵藻突變株。相關(guān)研究成果發(fā)表在生物技術(shù)類(lèi)權(quán)威期刊Bioresource　Technology上。

微藻是一類(lèi)在水域環(huán)境中廣泛存在的單細(xì)胞水生植物，具有光合效率高、生長(zhǎng)周期短、高值代謝物豐富等特點(diǎn)，在碳捕獲與封存、“三廢”綠色處理和資源化利用等方面的應(yīng)用前景廣闊，可助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施。然而，當(dāng)前微藻生物固碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：缺乏高效的固碳工程藻株。此外，對(duì)微藻的碳代謝和能量轉(zhuǎn)換機(jī)制缺乏系統(tǒng)全面的了解，也限制了微藻固碳技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用。為此，深入研究微藻的生物學(xué)特性和代謝途徑，開(kāi)發(fā)出能夠高效固碳的微藻工程株，將是推動(dòng)該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。

科研人員利用蘭州重離子研究裝置（HIRFL）提供的碳離子束，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的四尾柵藻進(jìn)行了誘變選育，獲得了兩株光合特性、固碳能力與野生型對(duì)比鮮明的突變株；其中高固碳能力突變株生物量積累高于野生型的28.34?。?span lang="zh-CN" style="margin-top: 12px; margin-bottom: 12px; line-height: 1.5em; font-family: arial, helvetica, sans-serif; font-size: 16px;" data-index="9">，并且表現(xiàn)出對(duì)長(zhǎng)時(shí)間高光脅迫的適應(yīng)性。通過(guò)對(duì)兩株突變株光合特征與比較蛋白組學(xué)的關(guān)聯(lián)分析，科研人員發(fā)現(xiàn)重離子束輻射誘導(dǎo)的中心碳代謝差異蛋白對(duì)突變株固碳能力強(qiáng)弱起到重要調(diào)控作用；另外，與突變株固碳能力關(guān)聯(lián)的三羧酸循環(huán)差異調(diào)控，為高效固碳微藻工程株選育提供了潛在靶點(diǎn)。

該研究成果為選育高效固碳的微藻工程株開(kāi)辟了新途徑，并證實(shí)了重離子束誘變育種技術(shù)在培育具有工業(yè)應(yīng)用潛力的抗逆性突變?cè)逯攴矫婢哂酗@著的優(yōu)勢(shì)。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、甘肅省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https：／／doi．org／10.1016／j．biortech．2024.130965

圖1　：重離子束誘變選育和突變株比較蛋白組學(xué)關(guān)聯(lián)分析流程

圖2：　突變株表型相關(guān)差異蛋白分析