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棕櫚油酸在改善代謝綜合征、糖尿病及炎癥反應(yīng)等方面具有重要生物活性，是具有健康益處的功能性不飽和脂肪酸。然而，棕櫚油酸在傳統(tǒng)油料作物中含量稀缺，其生產(chǎn)長(zhǎng)期依賴沙棘、澳洲堅(jiān)果等野生植物，受氣候和地理?xiàng)l件限制，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)。釀酒酵母脂質(zhì)因棕櫚油酸占比約50%，成為潛在生產(chǎn)宿主，但其野生型菌株脂質(zhì)含量通常低于10%，嚴(yán)重制約了工業(yè)應(yīng)用。因此，棕櫚油酸可持續(xù)生產(chǎn)一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所科研人員通過(guò)復(fù)合誘變與高通量流式拉曼分選技術(shù)，獲得了脂質(zhì)含量高達(dá)40.26%的釀酒酵母突變株，并揭示了其脂質(zhì)積累機(jī)制，為微生物發(fā)酵法高效生產(chǎn)高值功能脂肪酸棕櫚油酸提供了新菌種資源。

研究人員以前期篩選出的脂質(zhì)含量約30%的高脂野生型釀酒酵母SC018為出發(fā)菌株，采用DNA損傷劑博來(lái)霉素與常壓室溫等離子體誘變復(fù)合方法構(gòu)建了14個(gè)突變文庫(kù)，并利用高通量流式拉曼分選儀對(duì)突變文庫(kù)進(jìn)行富集篩選。研究顯示，流式拉曼技術(shù)通過(guò)檢測(cè)脂質(zhì)分子在2844cm^-1處的特征拉曼峰，可無(wú)標(biāo)記、非侵入式識(shí)別高脂質(zhì)含量細(xì)胞，并克服傳統(tǒng)熒光染色損傷細(xì)胞的局限。同時(shí)，經(jīng)兩輪連續(xù)富集分選，隨機(jī)挑取的50個(gè)單克隆中72%的菌株脂質(zhì)含量高于出發(fā)菌。其中，突變株MU2R48表現(xiàn)最優(yōu)，脂質(zhì)含量達(dá)40.26%，較原始菌株提升30.85%，且生物量與原始菌株基本相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了脂質(zhì)積累與細(xì)胞生長(zhǎng)的協(xié)同優(yōu)化。

進(jìn)一步，研究分析發(fā)現(xiàn)，該突變株通過(guò)協(xié)同上調(diào)脂肪酸前體合成、戊糖磷酸途徑、乙醇降解及氨基酸代謝，增加乙酰輔酶A和NADPH供應(yīng)，為脂質(zhì)合成提供充足原料和還原力。同時(shí)，關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子參與脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，促進(jìn)了脂質(zhì)積累。

該研究為微生物脂質(zhì)和棕櫚油酸生產(chǎn)提供了菌株資源，突破了傳統(tǒng)誘變-篩選效率低、熒光染色損傷細(xì)胞等局限，為“非模式產(chǎn)油微生物”理性改造提供了可復(fù)制的技術(shù)范式，并為釀酒酵母脂質(zhì)生產(chǎn)的分子遺傳改良奠定了理論基礎(chǔ)。

近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《生物燃料和生物產(chǎn)品的生物技術(shù)》（Biotechnology for Biofuels and Bioproducts）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院、山東省等的支持。?

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高通量流式拉曼分選儀助力高脂酵母細(xì)胞富集篩選