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令人意外的發現!藍綠藻能生產油脂

2020/04/17 @國際

摘要

德國波恩大學研究團隊在藍綠藻基因組中找尋可催化植物油脂的合成酶—酰基轉移酶,並且證實藍綠藻可利用酰基轉移酶產生油脂,未來或將能以不占用糧食作物田區土地進行量產,為動物飼料、生物燃料開創新的可能性。

示意圖

令人意外的發現!藍綠藻能生產油脂

  油菜、酪梨和橄欖樹等作物大多常被人類用來作為生產油或脂肪的材料,這是由於它們能藉由光的幫助從水和二氧化碳中生產油脂,而這項特性對於如單細胞藻類到巨型紅杉樹的所有植物而言,是相當基本而且普通的能力。過去一直認為藍綠菌(Cyanobacteria),其又廣泛地被俗稱為藍綠藻(Blue-green algae)係缺乏這種特性,雖然名字中有“藻”字,但實際上是被歸類為細菌界的一員,藍綠藻跟大腸桿菌(Escherichia coli)的關係比和橄欖樹更加緊密。有別於一般細菌,藍綠藻具有行光合作用的能力,許多科學家懷疑葉綠體(chloroplast),植物細胞裡負責行光合作用的綠色胞器最初來自藍綠藻,根據共生體學說,十億多年前原始植物細胞“吞噬了”藍綠藻,而細菌在細胞中存活並供給光合作用產物,倘若假說正確,那麼葉綠體的油脂合成酶最初可能來自藍綠藻。
  德國波恩大學植物分子生理學和生物技術研究所(IMBIO)的科學家在過去的幾年間致力於研究葉綠體中催化植物油脂合成步驟中的其中一種酶。為了檢驗可能性是否為真,他們在各種藍綠藻基因組中搜尋是否有和植物油脂合成酶組成相似的基因,結果發現了一種同屬一類的酰基轉移酶基因,並透過進一步測試,驗證了雖然生成量小,但藍綠藻確實會利用這種酶產生油脂。雖然現今植物生產油脂主要是運用其他代謝途徑,但若以演化生物學的角度來看此結果,植物葉綠體中某些部分的油脂合成機制非常有可能源自藍綠藻。【延伸閱讀】將甘蔗副產物做為第二代生質酒精以外的另一種利用
  此外,實驗結果也為動物飼料生產和生物燃料的開發創造了新的可能性,因為藍綠藻與油菜等作物不同,不需要耕地就能生長,一個裝有培養基的容器以及足夠的光和熱便可以滿足需求,能應用於沙漠中生產汽車引擎用油,無需犧牲糧食作物來完成。這種可能的替代能源同時還能為全球氣候保護貢獻心力,生活在海洋中的藍綠藻會吸收大量的溫室氣體,據估計,如果沒有它們的貢獻,大氣中二氧化碳的濃度將會是原來的兩倍,而所生成的燃料也相對環保,因為在燃燒後只會釋放藍綠藻從空氣中拿來製造油脂的二氧化碳。雖然類似的實驗已經應用於綠藻,但比起藍綠藻它們更加難以培養。而藍綠藻可以相對容易地進行基因修飾並透過生物技術優化提高油脂生產率。

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