微藻转录因子工程：破解脂质代谢调控网络以开发生物能源新原料

为解决微藻生物能源生产中脂质积累效率低的技术瓶颈，研究人员系统综述了转录因子(TFs)调控脂质代谢的最新进展。通过代谢工程与转录因子工程策略的对比分析，揭示了MYB、bZIP、AP2等关键TFs可同步调控DGAT、GPAT等脂质合成酶基因，使三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)等藻种的TAG含量提升35%。该研究为开发"藻类细胞工厂"提供了创新理论框架。

　　

随着全球能源危机加剧，微藻因其高效固碳和脂质积累能力被视为第三代生物燃料的理想原料。然而，现有技术面临两大困境：传统代谢工程靶向单基因（如DGAT）改造常导致代谢失衡，而环境胁迫诱导虽能提升脂质含量却以牺牲生物量为代价。更棘手的是，微藻脂质合成涉及多酶协同网络，包括GPAT、LPAAT等限速酶，其调控机制远比高等植物复杂。

SRM理工学院（SRM Institute of Science and Technology）的研究团队在《Renewable Energy》发表综述，系统阐释了转录因子工程破解这一困局的新路径。通过整合137篇前沿文献，研究揭示bZIP家族TF NobZIP1可使微拟球藻(Nannochloropsis)脂质增产52.9%且不影响生长，而热激转录因子PtHSF1通过激活GPAT3启动子使三角褐指藻TAG产量显著提升。这些发现为定向改造微藻代谢流提供了精准调控工具。

研究采用多组学联用策略：基于氮胁迫转录组筛选出WRI1等关键TF；通过ChIP-seq鉴定NgAP2a与KCS基因启动子的M1 motif结合位点；利用CRISPR-Cas9构建TF过表达株验证功能。技术路线涵盖从生物信息学预测到转基因验证的全链条创新。

【bZIP-转录因子】
研究发现bZIP家族TF通过亮氨酸拉链结构域形成同源/异源二聚体，其碱性区域识别ACGT核心序列。在微拟球藻中，NobZIP1可同步上调ACCase等6个脂质合成基因，这与植物中AtbZIP67调控FA合成通路高度保守。

【Additional Transcription Factors】
AP2/ERF家族TF NgAP2a通过结合KCS基因增强子，使C18:3脂肪酸含量提升2.1倍。值得注意的是，HSF1类TF在热应激下激活GPAT3的表达，揭示环境信号与脂代谢的交叉调控机制。

【Heterologous Overexpression】
异源表达丹参SmMYB36使莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)总脂肪酸增加3.2倍，证实跨物种TF工程可行性。但研究者指出需优化宿主兼容性，如fcpC启动子在异鞭藻(N. oceanica)中失效的案例。

【Methods to Detect】
采用DAP-seq技术解析CrDOF1在衣藻中靶向PDAT启动子的分子机制，结合EMSA验证其结合特异性。这些方法为TF-DNA互作研究建立标准化流程。

该研究开创性地提出"转录因子调控网络"模型，证明MYB1等TF可绕过代谢瓶颈实现多基因协同调控。相较于单酶改造（如DGAT过表达仅使部分藻种增产），TF工程展现出更普适的应用前景。未来需突破TF信号传导路径解析、合成生物学元件适配等挑战，以推动微藻能源从实验室走向产业化。研究建立的TF筛选-验证体系，也为其他高价值藻类代谢物生产提供了范式转移。