| 成果名称: | 杜氏盐藻MADS-box转录因子参与其β-胡萝卜素积累调控的分子机制 |
| 完成单位: | 华南理工大学 |
| 主要人员: | 梁明华,郝云芳,杨丽,陈浩宏,梁志聪,何羽婧,罗婷,谢珊蓉 |
| 介绍: | 1. 课题来源与背景 （1）课题来源：2022年度广东省自然科学基金面上项目，2022A1515010926，杜氏盐藻MADS-box转录因子参与其β-胡萝卜素积累调控的分子机制，2022-01-01至2024-03-31，10万元，结题，主持 （2）课题背景：类胡萝卜素是维生素A的合成前体，具有抗氧化、清除自由基、保护视力、增强免疫功能、预防心脑血管疾病以及抗癌防癌等功效。杜氏藻在不同胁迫（如盐胁迫、光胁迫和营养缺乏等）条件下能大量累积类胡萝卜素，正是如此特性使得杜氏藻成为了研究环境胁迫条件下的响应机制和类胡萝卜素代谢调控机制的优势研究对象，也是生产天然类胡萝卜素如β-胡萝卜素和叶黄素的优质生物资源。但目前杜氏藻高度累积类胡萝卜素的分子机制研究主要集中在类胡萝卜素代谢通路相关基因的转录水平上，基于转录因子调控类胡萝卜素代谢的相关研究在藻类中还很少研究。转录水平包括转录因子的调控作用在类胡萝卜素代谢调控中尤为重要。转录因子通过结合类胡萝卜素代谢途径相关基因启动子上的特定DNA序列来调控基因表达，从而影响类胡萝卜素的合成和积累。MADS-box转录因子是从植物中发现的能调控类胡萝卜素积累的转录因子，能特异性识别并结合基因启动子序列上的特定顺式作用元件，从而调控基因的时空表达。但MADS-box转录因子对藻类类胡萝卜素代谢的调控缺乏相应的研究报道。 2. 研究目的与意义 （1）研究目标：阐明DsMADS转录因子在盐藻类胡萝卜素合成及相关基因调控中的作用及其分子机理，丰富和发展基于MADS-box转录因子调控盐藻类胡萝卜素代谢的理论和范畴。 （2）研究意义：①目前对藻类MADS-box转录因子的功能了解还严重不足，从杜氏藻基因组中只发现1个MADS-box转录因子，这对于研究盐藻MADS-box转录因子的功能带来很大的便利，可以排除其同源基因冗余功能的干扰，更能直观、全面地了解进化早期该转录因子的功能作用。②目前盐藻高度累积β-胡萝卜素的分子机制研究主要集中在类胡萝卜素代谢通路相关基因的转录水平上，而有关整体调控盐藻类胡萝卜素代谢的转录因子水平上的调控还未见报道。本项目研究盐藻MADS-box转录因子（DsMADS）对类胡萝卜素积累的调控机制，从启动子顺式作用元件水平和转录因子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，同时将丰富和发展基于MADS-box转录因子调控类胡萝卜素代谢的理论和范畴。 3. 主要论点与论据：通过转录组测序挖掘一些可能调控杜氏藻类胡萝卜素代谢调控的转录因子或关键基因。其中克隆了一个含MADS-box结构域的DbMADS转录因子，其定位于细胞核，属于Type I MADS转录因子类型。通过荧光定量PCR、酵母单杂交和双荧光素酶报告基因实验表明，DbMADS可以直接结合两个类胡萝卜素合成基因DbPSY和DbLcyB的启动子并抑制其转录，DbMADS可能在迟滞期抑制DbPSY和DbLcyB的基因表达，从而负调控类胡萝卜素的生物合成，本研究从转录因子水平对绿藻类胡萝卜素生物合成的转录调控机制有了新的认识。 4. 创见与创新：（1）目前藻类MADS-box转录因子的功能研究尚未有相关报道，因此本项目研究杜氏藻DsMADS的功能，在很大程度上将赋予MADS-box功能新的解释和内涵，而且对于了解MADS-box家族的进化和功能演变提供新的视角。（2）目前围绕杜氏藻类胡萝卜素合成的转录调控已有大量的研究，但有关整体调控类胡萝卜素合成和积累的转录因子，在真核藻类包括杜氏藻中都很少相关报道，对杜氏藻中的类胡萝卜素合成关键基因的调控还缺乏深入了解。本项目从转录因子和顺式作用元件水平研究杜氏藻DsMADS如何调控多个类胡萝卜素代谢途径相关基因表达，特别需要了解DsMADS如何影响类胡萝卜素合成关键酶基因DsPSY和DsLcyB的表达和调控，进而影响杜氏藻类胡萝卜素的积累。本项目从分子水平上阐明杜氏藻高度积累类胡萝卜素的机制，为丰富和发展杜氏藻的类胡萝卜素代谢调控规律的理论和范畴提供新的方向和内容，这是本项目的特色和创新之处。 5. 社会经济效益，存在的问题：杜氏藻，广泛存在于盐湖、海洋中，是极其耐盐的真核单细胞绿藻，培养条件简单，由于其高耐盐性，不易被其他微生物污染，适于大规模户外养殖；自身无毒无害，是一种安全可靠的天然保健品，富含类胡萝卜素和甘油，具有极高的营养和商业价值；无细胞壁，便于遗传转化操作，是良好的生物反应器，利用杜氏藻进行高附加值产品的开发具有广阔的应用前景。杜氏藻具有抗氧化、预防心血管疾病、延缓衰老及提高免疫力等功能，已在澳大利亚、美国和以色列等国家实现了工业化生产，主要涉及保健品、化妆品、营养补充剂和藻粉等。而我国只有少数厂家实现了杜氏藻规模化养殖，所占市场份额较少。而我国盐湖资源丰富，目前盐湖综合利用程度和高值化程度与国外仍存在较大差距，可以加强盐湖海洋生物资源的开发和科研投入，有计划并科学地开发利用盐碱池、盐湖、海洋等资源进行杜氏藻的大规模户外培养生产天然类胡萝卜素，实现未来的可持续性发展，并提高资源利用价值和经济价值。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。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2025-03-04 |
| 研究起止时间: | 2022-01-01至2024-03-31 |
| 所属行业: | 科学研究和技术服务业 |
| 所属高新技术类别: | |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2024-07-19 |
