《Algal Research》：Dynamic regulation of polyunsaturated fatty acid as a stable carbon reservoir in Chlamydomonas reinhardtii under nitrogen deprivation and replenishment
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多不饱和脂肪酸（PUFA）代谢调控机制研究：基于氮缺乏与补充条件下的多组学分析，揭示PUFA在脂质中的动态分配及关键基因（FAD7、DES、MGLL、TGL4、PPP2R3）在碳储存与膜重构中的调控作用。
作者名单：龚世轩、张兆、苏阳国、霍英杰、高敏、徐雅琪、王浩东、张淑东、孙东哲
研究机构：河北师范大学生命科学学院，河北生态环境协同创新中心分子与细胞生物学教育部重点实验室，河北动物生理学、生物化学与分子生物学重点实验室，中国石家庄市050024
摘要
多不饱和脂肪酸（PUFA）是微藻的重要产物，但其代谢途径和调控机制仍大部分尚未被探索。本研究利用多组学技术分析了在氮缺乏和氮补充条件下Chlamydomonas reinhardtii 中的PUFA代谢情况。生理测量结果显示，在氮缺乏和恢复阶段，碳的分配发生了显著变化，淀粉的积累和随后的降解尤为明显。虽然整个培养过程中总脂肪酸含量持续变化，但饱和脂肪酸（SFA）和单不饱和脂肪酸（MUFA）的变化较快，而PUFA则相对稳定。脂质组学分析表明，在氮缺乏条件下，PUFA主要以三酰甘油（TAG）的形式储存；而在氮补充后，PUFA被动员并重新分配到极性脂质中以支持膜的重塑。转录组学分析显示，FAD7 和DES 可能参与氮缺乏条件下MUFA向PUFA的转化过程，而ECI1 的下调与氮补充后PUFA降解减少有关。WGCNA分析进一步表明MGLL 、TGL4 和PPP2R3 参与脂质重塑和能量相关途径，这些基因可能对PUFA的储存和转化起作用。这些发现为PUFA代谢的调控机制提供了新的见解，并为提高微藻PUFA产量提供了潜在的目标。
缩写说明
PUFA ：多不饱和脂肪酸
SFA ：饱和脂肪酸
MUFA ：单不饱和脂肪酸
C. reinhardtii ：Chlamydomonas reinhardtii
TFA ：总脂肪酸
EPA ：二十碳五烯酸
DHA ：二十二碳六烯酸
ALA ：α-亚麻酸
TAG ：三酰甘油
SOD1 ：超氧化物歧化酶
ROS ：活性氧
DGAT ：二酰甘油酰基转移酶
DCW：干细胞重量
RQN：RNA质量数
DEGs：差异表达基因
GO：基因本体论
KEGG：京都基因与基因组百科全书
MTBE：甲基叔丁基醚
LC–MS/MS：液相色谱-质谱联用技术
菌株及培养条件
Chlamydomonas reinhardtii CC-5325菌株购自
Chlamydomonas 遗传中心（网址：
https://www.chlamycollection.org Chlamydomonas reinhardtii 中的细胞生长、生物量积累及碳储备Chlamydomonas reinhardtii 在氮缺乏的TAP培养基中培养6天，随后转移到含氮的TAP培养基中继续培养4天。在整个培养过程中，测量了干细胞重量（DCW）、细胞数量以及细胞内成分（蛋白质、淀粉和总脂肪酸）。尽管细胞增殖速度显著减缓，但氮缺乏条件下DCW从0.32 g/L增加到第5天的最大值0.86 g/L。氮补充后，细胞数量迅速增加。
结论
本研究发现，在氮缺乏条件下，PUFA作为稳定的碳储存形式存在，主要储存在TAG中；氮补充后，PUFA被重新分配到极性脂质中。FAD7 和DES 可能在应激条件下驱动MUFA向PUFA的转化过程。MGLL 、TGL4 和PPP2R3 可能是脂肪酸代谢的关键调控基因。这些发现揭示了碳的层次化分配机制，并确定了相关基因。
作者贡献声明
龚世轩： 撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、数据分析、数据管理。
张兆： 初稿撰写、数据分析、数据管理、概念框架构建。
苏阳国： 方法学设计。
霍英杰： 实验方法实施。
高敏： 数据管理。
徐雅琪： 审稿与编辑。
王浩东： 审稿与编辑、指导。
张淑东： 撰写。
资助信息
本研究得到了河北省科技计划（项目编号：242G2802Z）、河北省博士后研究资助计划（项目编号：B2024003020）、河北师范大学科学基金（项目编号：L2023B20和L2024B22）以及河北省中央政府指导地方科技发展计划（项目编号：246Z2410G）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
