青岛能源所揭示6mA甲基化修饰调控工业微藻油脂合成过程

jinlierwei

微藻在全球光合作用、二氧化碳固定及初级生产力中贡献卓著，也是一种前景巨大的合成生物学底盘细胞。为了探索工业固碳产油微藻的表观遗传机制及其生理作用，青岛能源所单细胞中心以海洋微拟球藻为模式，解析了野生型和6mA扰动突变株中N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，6mA）的分布规律和动态变化，并通过多组学数据整合分析，发现6mA调控着微拟球藻在高光下的油脂积累。该工作在线发表于Plant Communications《植物通讯》。

　　海洋微拟球藻可以通过基因组6mA甲基化修饰调控油脂积累

　　作为一种模式工业微藻，微拟球藻相对“皮实”，可利用海水或淡水在室外大规模培养并大量合成油脂，具有生长速度快、二氧化碳耐受能力强、强劲积累油脂以及高值不饱和脂肪酸等优点。同时，微拟球藻的基因组较小（约30 Mb），且为单倍体，能进行基因敲除与过表达、基因组大片段删减、同源重组等灵活多样的遗传操作，而且基因组编辑效率高。
　　N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，6mA）是一种重要的DNA甲基化修饰。通过单分子实时测序，单细胞中心公衍海和王勤涛带领的研究小组，首先测定了海洋微拟球藻（N. oceanica）的全基因组水平6mA图谱。研究发现，6mA位点主要富集在AGGYV基序中，在转座子和3’非翻译区中升高，并与活跃的转录相关。同时，6mA在基因转录方向上逐渐增加，并在剪接供体和转录终止位点附近显示特殊的位置富集。此外，高表达基因在基因体中显示出比低表达基因更高的6mA丰度，表明6mA与转录因子之间存在正向相互作用。
　　进而，利用海洋微拟球藻中高效的基因组编辑手段，研究人员发现，6mA甲基化酶NO08G00280的敲除造成了全基因组甲基化模式的改变，而且后者与钼辅因子、硫酸盐转运蛋白、糖基转移酶和脂肪酶基因的表达变化相关，从而导致生物量和油脂产量的降低。相反，敲除去甲基化酶NO06G02500则导致6mA水平升高和生长减缓。这些结果，不仅验证了其表观遗传调控途径中的关键酶，而且揭示了6mA对微拟球藻在高光下油脂积累的重要调控作用。
　　这些发现有助于利用表观基因组修饰来提高工业微藻的生物量和油脂生产效率，同时为工业微藻底盘细胞的表观遗传工程奠定了基础。
　　作为微拟球藻设计和合成国际合作计划（Nannochloropsis Design and Synthesis; NanDeSyn）的一部分，该工作中多种培养条件下的全基因组6mA表观修饰图谱、转录组和相关突变体已通过NanDeSyn网站（http://nandesyn.org）与同行分享。NanDeSyn 国际合作计划目前包括来自中韩美法德意等 8个国家的26个 研究团队，由中国科学院青岛能源所总体协调，通过共享微拟球藻的种质资源、遗传操作工具和功能基因组信息，联合推动工业固碳产油微藻的分子育种与合成生物学研究。
　　青岛能源所单细胞中心公衍海助理研究员和王勤涛副研究员为该论文共同第一作者，由单细胞中心徐健研究员指导完成，并得到了孙鲁阳研究员等的支持。该研究是在中国科学技术部、国家自然科学基金委和山东省自然科学基金委的资助下完成的。（文/公衍海、图/刘阳）
　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100773
　　Yanhai Gong#, Qintao Wang#, Li Wei, Wensi Liang, Lianhong Wang, Nana Lv, Xuefeng Du, Jiashun Zhang, Chen Shen, Yi Xin, Luyang Sun, Jian Xu*. Genome-wide adenine N6-methylation map unveils epigenomic regulation of lipid accumulation in Nannochloropsis. Plant Communications, 2023.
      文章来源：青岛能源所