1. 课题来源与背景: （1）课题来源 2019年度广东省自然科学基金面上项目，2019A1515010656，Orange基因在杜氏藻类胡萝卜素合成和胁迫响应中的功能分析，2019-10至2022-09，10万元，结题，主持 （2）课题背景 杜氏盐藻（简称盐藻）属于真核单细胞绿藻，主要生长在盐湖、海洋中，极其耐盐并且能高产类胡萝卜素，无细胞壁，自身可作为天然保健品，已广泛应用于保健品、医药、化妆品和养殖业中。户外培养杜氏藻时，环境条件存在不可控的因素较多，可能受高温影响导致生物量和类胡萝卜素积累下降甚至生长受抑制，需要筛选抗逆性、适应性更强的藻株。 植物Orange (OR)基因是个多功能基因，主要参与转录后水平（蛋白水平）和存储水平的调控，OR蛋白通过与类胡萝卜素合成关键酶PSY相互作用以及调控质体发育来调控类胡萝卜素积累，还能在抗逆胁迫中发挥重要作用。OR基因的过表达能促进多种植物积累类胡萝卜素，为改良作物类胡萝卜素含量以及改善作物营养品质方面提供了一条新的途径并具有很好的应用前景。同时也为我们研究盐藻OR基因（DsOR）的功能及其调控机制带来很大的启发，转OR基因的盐藻有望成为一种β-胡萝卜素含量更高和抗逆性更强的盐藻新品系。

    2. 研究目的与意义: （1）研究目标 阐明DsOR蛋白在调控盐藻类胡萝卜素积累、质体发育以及环境胁迫响应中的功能及其分子机理，丰富和发展基于OR参与的盐藻类胡萝卜素代谢和逆境胁迫响应的理论和范畴。 （2）研究意义 ①盐藻和高等植物在类胡萝卜素积累和存储的调控上存在很大差异，OR基因的功能也会相应地有不同的表现。本项目对于充分认识和系统了解OR基因的功能和进化过程具有重要的意义。 ②目前有关盐藻类胡萝卜素合成相关酶蛋白水平和β-胡萝卜素的存储机制上的调控还未见报道。本项目将从蛋白水平和存储水平上阐明盐藻高度累积β-胡萝卜素的原因，具有重要的理论意义和学术价值，同时将丰富和发展类胡萝卜素代谢调控研究的理论和范畴。 ③项目研究过程中形成的转OR基因盐藻新品系有望为开发更加高产β-胡萝卜素和更强抗逆性的盐藻新品系提供一条新的途径，具有潜在的应用价值。

    3. 主要论点与论据: （1）发现杜氏盐藻中的两个高度同源的八氢番茄红素合成酶（DsPSY1/2）具有很大的催化活性差异，并发现两个与底物结合相关的关键氨基酸位点对盐藻 DsPSY1/2 功能活性差异有着重要影响。 （2）明确了DsOR能与类胡萝卜素合成关键酶 DsPSY1/2 发生互作，并且能促进大肠杆菌和盐藻的类胡萝卜素积累，同时单位点突变的 DsORHis 能进一步提高类胡萝卜素积累，阐明了盐藻 Orange 蛋白在类胡萝卜素代谢调控中的作用分子机理。 （3） 盐藻 Orange 蛋白还能与光系统中的 PsbP 蛋白（ DsPsbP1） 发生互作进而保护光合作用免受高温胁迫的影响，阐明了 Orange 蛋白在调控盐藻类胡萝卜素代谢调控以及环境胁迫响应中的功能及其分子机理。

    4. 创见与创新: （1）目前藻类的OR 基因功能和相关调控机制尚未见报道。因此，以盐藻为材料研究 OR 的功能，能更直观地了解 OR 对类胡萝卜素合成的调控、对各种胁迫环境的响应，以及两者之间的相互关系，这是植物材料研究 OR 功能所不具备的条件，也是本项目思路上的创新， 对充分认识不同物种的 OR 功能具有重要的完善意义。 （2）户外培养环境条件存在不可控的因素较多，需要筛选抗逆性、适应性更强的藻株。本项目进一步了解杜氏藻高温胁迫响应的分子机制，挖掘更多与耐高温有关的基因或机制，同时转 OR 基因的盐藻将有望成为一种 β-胡萝卜素含量更高和抗逆性更强的盐藻新品系。

    5. 社会经济效益，存在的问题: 杜氏藻是极其耐盐的单细胞绿藻，培养条件简单，且不易被其他微生物污染，便于进行大规模户外养殖；高产甘油，富含 β-胡萝卜素，具有极高的营养和商业价值，是公认最好的产天然 β-胡萝卜素的生物资源；自身可直接用作天然保健品；是良好的生物反应器，可以开发利用杜氏藻进行更多高附加值产品的生产。 目前杜氏藻来源的天然 β-胡萝卜素已在澳大利亚、美国和以色列等国家已经实现了工业化生产，在我国只有少数厂家实现了规模养殖，但所占市场份额较少。而我国盐湖资源丰富，可以加大盐湖生物研究的投入和科研力度，开发利用盐碱池、盐湖等进行杜氏藻的大规模户外培养生产天然色素，以提高当地的利用价值和经济价值。鉴于转 OR 基因的高等植物能显著提高类胡萝卜素积累，研究 DsOR 基因调控类胡萝卜素积累机制，有望能为开发更加高产 β-胡萝卜素的杜氏藻新品系提供一条新的途径。相信随着对杜氏藻类胡萝卜素的代谢调控以及胁迫响应机制研究的日渐深入，杜氏藻的应用价值将更广泛地被开发利用，并在食品、养殖业、保健品、医药、化妆品等行业中发挥越来越重要的作用。

    6. 历年获奖情况: 项目负责人于2020年12月入选2019年度中国博士后科学基金资助者选介。