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科學家找出微藻生合成生質燃料前驅物的關鍵蛋白

2019/09/03 @國際

摘要

日本京都大學研究團隊發現在充滿氮源但缺乏磷源的環境中,微藻可增加三酸甘油酯的生成,同時維持正常生理機制;並輔以共表現分析找出參與其生合成轉錄因子LRL1的關鍵蛋白,為藻類量產三酸甘油酯的機制,推動生質柴油的發展。

科學家找出微藻生合成生質燃料前驅物的關鍵蛋白

  有別於應用早已普及的化石燃料(fossil fuel),另一種稱之為生質燃料(或稱生物燃料,biofuel)的替代性永續能源仍處於發展階段。生質燃料是一種可再生資源,常見的燃料形式包括乙醇、甲烷、生質柴油等,其中生質柴油(biodiesel)可做為車輛引擎的燃料,在能源應用上極具發展潛力。生質柴油可生物體內常見的脂質──三酸甘油酯(triacylglycerol,簡稱TAG)做為前驅物,經轉酯反應(transesterification)後可合成生質柴油(biodiesel)。由於生質燃油富有發展成為永續替代性能源的潛力,因此生質柴油的原料生產成了各界研究的首要目標。日本京都大學(京都大学,Kyoto University)的研究團隊以大量生產三酸甘油酯的藻類生物進行遺傳學方面的研究,發現提高微藻(Microalgae,或稱microscopic algae)量產三酸甘油酯的重要遺傳關鍵。
  在先前關於藻類的研究中,雖已發現微藻可在缺乏營養源的環境下生產大量的三酸甘油酯,然而這樣的環境也令微藻無法正常生長與繁衍,降低微藻整體的產能。為使微藻在量產三酸甘油酯之餘,也能同時兼顧正常的生理機能,以提高生產效率,研究團隊開始利用單胞藻(Chlamydomonas reinhardtii)進行一系列的研究。研究團隊首先發現,在充滿氮源但缺乏磷源的環境中,微藻可在增加三酸甘油酯生合成的同時,維持一定程度的生長及生殖等正常生理表現。為進一步釐清生理表現背後的遺傳機制,研究團隊以共表現分析(co-expression analysis),找到在磷源限制(phosphorus-limited)的環境條件下,參與單胞藻三酸甘油酯生合成的轉錄因子(transcription factor),名為lipid remodeling regulator 1 (LRL1)的關鍵蛋白,並找出對應的LRL1基因。除此之外,研究團隊同樣發現其他在磷源限制環境下,同樣參與表現的生合成途徑。
  有鑑於以藻類量產三酸甘油酯的做法,或許可成為合成生質柴油的主要手段,京都大學的這項研究有助於釐清藻類生合成三酸甘油酯的遺傳調控機制,進而推動生質柴油的研究發展。
  該研究由日本國立研究開發法人科學技術振興機構(国立研究開発法人科学技術振興機構,英譯:Japan Science and Technology Agency,簡稱JST)、日本學術振興會(日本学術振興会,英譯:Japan Society for the Promotion of Science,簡稱JSPS)。相關研究成果已發表在<The Plant Journal>。

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