天然蝦青素是一種有效的天然抗氧化劑和安全的食品著色劑，在化妝品、水產養殖和食品工業中有著廣泛的應用前景。目前，雨生紅球藻是自然界中天然蝦青素積累最多的生物和可供人類食用的天然蝦青素主要來源。然而，雨生紅球藻生長速度慢，蝦青素產量低，限制了雨生紅球藻的規模化養殖與應用。
中國科學院合肥物質科學研究院技術生物與農業工程研究所研究員黃青課題組之前利用低溫等離子體誘變技術篩選出一株生長速度快、蝦青素高產的雨生紅球藻突變株M3。近期，課題組與中科院煙臺海岸帶研究所研究員秦松課題組合作，通過測量和比較藻株生長、光合作用效率、蝦青素產量、相關色素和脂肪酸代謝水平以及轉錄組學等揭示了強光脅迫條件下M3突變藻株高產蝦青素的相關機制。相關研究成果發表在國際藻類期刊Algal Research。
課題組研究結果表明：強光脅迫條件下，M3突變株在碳固定和光保護方面優于野生株。相較于野生株，強光脅迫誘導M3突變株中C4和景天酸代謝(CAM)途徑中磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)基因表達上調，由此增加對大氣中二氧化碳固定，提高蘋果酸脫氫酶 (MDH)和蘋果酸酶 (ME)的表達，實現二氧化碳再生和丙酮酸鹽(Pyruvate)的積累；再生二氧化碳經過RuBisCO固定進入C3途徑，合成3-磷酸甘油酸。此外，在M3突變體中，C3途徑中3-磷酸甘油醛脫氫酶(GADPH)基因表達上調和果糖-1,6-二磷酸酶(FBP)基因表達的下調，使得3-磷酸甘油醛(G3P)得到積累。丙酮酸鹽(Pyruvate)和3-磷酸甘油醛(G3P)是類胡蘿卜素和脂肪酸合成前體。脂肪酸含量結果說明M3藻株具有較高的脂肪酸積累，脂肪酸積累有利于蝦青素積累與儲存，說明M3藻株相較于野生株能高效地利用空氣中二氧化碳來合成蝦青素和脂肪。同時，強光脅迫提高了M3藻株的光呼吸途徑來增加類胡蘿卜素合成，進而增加M3藻株中蝦青素及其它類胡蘿卜素如葉黃素和β-胡蘿卜素的積累并提高M3藻株的光保護作用，而一般野生藻株在蝦青素產量不足的條件下主要是通過非光化學淬滅（NPQ）機制來抵御光氧化損傷。
該研究得到國家自然科學基金項目資助。
強光誘導M3藻株高產蝦青素機制圖
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