6mA甲基化修飾調控工業微藻油脂合成過程揭示

　　微藻在全球光合作用、二氧化碳固定及初級生產力中貢獻卓著，是頗有前景的合成生物學底盤細胞。為了探索工業固碳產油微藻的表觀遺傳機制和生理作用，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心以海洋微擬球藻為模式，解析了野生型和6mA擾動突變株中N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，6mA）的分布規律和動態變化，并通過多組學數據整合分析，發現了6mA調控著微擬球藻在高光下的油脂積累。相關研究成果在線發表在《植物通訊》（Plant Communications）上。

　　作為一種模式工業微藻，微擬球藻相對“皮實”，可利用海水或淡水在室外大規模培養并大量合成油脂，具有生長速度快、二氧化碳耐受能力強、強勁積累油脂以及高值不飽和脂肪酸等優點。同時，微擬球藻的基因組較小（約30 Mb），且為單倍體，可進行基因敲除與過表達、基因組大片段刪減、同源重組等靈活多樣的遺傳操作，且基因組編輯效率高。

　　N6-甲基腺苷是重要的DNA甲基化修飾。單細胞中心公衍海和王勤濤帶領的研究小組，通過單分子實時測序，測定了海洋微擬球藻（N.oceanica）的全基因組水平6mA圖譜。研究發現，6mA位點主要富集在AGGYV基序中，在轉座子和3’非翻譯區中升高，且與活躍的轉錄相關。同時，研究顯示，6mA在基因轉錄方向上逐漸增加，并在剪接供體和轉錄終止位點附近顯示特殊的位置富集。此外，高表達基因在基因體中顯示出比低表達基因更高的6mA豐度，表明6mA與轉錄因子之間存在正向相互作用。

　　進而，研究利用海洋微擬球藻中高效的基因組編輯手段發現，6mA甲基化酶NO08G00280的敲除造成全基因組甲基化模式的改變。后者與鉬輔因子、硫酸鹽轉運蛋白、糖基轉移酶和脂肪酶基因的表達變化相關，導致生物量和油脂產量的降低。相反，敲除去甲基化酶NO06G02500則致使6mA水平升高和生長減緩。這驗證了6mA的表觀遺傳調控途徑中的關鍵酶，并揭示了6mA對微擬球藻在高光下油脂積累的重要調控作用。

　　上述研究有助于利用表觀基因組修飾來提高工業微藻的生物量和油脂生產效率，并為工業微藻底盤細胞的表觀遺傳工程奠定了基礎。

　　作為微擬球藻設計和合成國際合作計劃的組成部分，本工作的多種培養條件下的全基因組6mA表觀修飾圖譜、轉錄組和相關突變體已通過NanDeSyn網站（http://nandesyn.org）與同行分享，以推動工業固碳產油微藻的分子育種與合成生物學研究。

　　研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金和山東省自然科學基金的支持。

　　海洋微擬球藻可以通過基因組6mA甲基化修飾調控油脂積累