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约占海洋总固碳量的能够高效的将太阳能转化为化学能贮存起来，是主要的初级生产者，硅藻是一类自养的单细胞真核藻类，40%，为地球提供了20%的初级生产力，相当于整个热带雨林的净初级生产量。三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）是硅藻研究的模式种，在特定的环境条件下以油脂（主要是甘油三酯，TAG）的形式将碳和能量储存起来。目前认为它仅有无性生殖方式，是极具潜力的生物柴油原料。具有生长快、易培养、单位面积产油量高等优点， 

真核生物TAG的合成主要有两种途径：依赖于酰基辅酶A的从头合成途径和不依赖于酰基辅酶A的合成途径，分别由二酰甘油酰基转移酶（DGAT）和磷脂:二酰甘油酰基转移酶（PDAT）催化。近日，星空体育彩票手机版登录胡晗华研究员课题组揭示了三角褐指藻PDAT等位基因依赖表达和功能差异调控其碳储存和生长的新机制。该研究发现，三角褐指藻Pt1株系PDAT等位基因的编码区存在47个单核苷酸位点变异（SNVs）。对已发表的87个转录组数据分析显示，其中一个等位基因（PDAT Allele 2）的表达在氮限制条件下被特异性地诱导（图1）。 

图1 不同培养条件下三角褐指藻PDAT的表达水平

在三角褐指藻中特异性地过量表达等位基因PDAT Allele 2可以在营养限制条件下使细胞中的TAG含量提高44~74%；比如而过量表达另外一个等位基因PDAT Allele 1几乎不影响细胞中的TAG却严重地限制了细胞的生长（图积累，2）；这表明两个PDAT等位基因编码的蛋白质具有不同的功能。 

图2 过量表达三角褐指藻两个PDAT等位基因对生长、氮利用和TAG积累的影响

酵母中异源表达分析显示，等位基因 PDAT Allele 2编码的氨基酸有TAG合成的活性，而等位基因 PDAT Allele 1编码的氨基酸几乎没有TAG合成的活性，N端的7个和C端的3个氨基酸变异对二者的活性有显著影响（图3）。对PDAT基因敲除藻株进行脂质组分析，发现三角褐指藻PDAT主要以单半乳糖甘油二酯（MGDG）和磷脂酰胆碱（PC）作为酰基供体，这与其叶绿体最内层膜定位特性相符。该研究揭示了由等位基因编码的PDAT在介导碳储存和生长以应对氮胁迫方面的不平衡作用。并提出了提高脂质含量和生物量的基因工程新策略。一般来说 

图3 PDAT等位基因编码的氨基酸活性及结构分析

上述研究成果以“Allele-dependent expression and functionality of lipid enzyme PDAT affects diatom carbon storage and growth”为题发表在Plant Physiology杂志上，高级实验师潘玉芳为论文的第一作者。北京大学刘进研究员团队及法国格勒诺布尔胡晗华研究员为该论文的通讯作者，-阿尔卑斯大学Eric Mar chal教授团队参与了此项工作。该研究得到了星空体育彩票手机版登录自然科学基金（41976119,42376131和31800302）和星空体育彩票手机版登录国际合作局国际伙伴计划（075GJHZ2022014MI）等项目的资助。文章链接为https://doi.org/10.1093/plphys/kiad581。