硫胺素差异化调控缺氮与高盐胁迫下Chromochloris zofingiensis的应激耐受性与高值产物合成机制

针对微藻在胁迫条件下生长抑制与代谢产物积累难以兼顾的产业难题，中国科学院团队通过外源添加硫胺素(VB1)，系统研究了Chromochloris zofingiensis在氮缺失(ND)和高盐(HS)胁迫下的差异化响应机制。研究发现0.5 mg/L硫胺素使ND组生物量提升63.29%，ROS降低40.03%，同时促进虾青素(astaxanthin)和总脂肪酸(TFA)合成；HS组则通过激活α-亚麻酸代谢和精氨酸-脯氨酸通路增强渗透调节。该研究为微藻抗逆栽培和高值化合物生产提供了新型调控策略。

　　

在微藻工业化生产高值化合物的进程中，如何平衡胁迫诱导的代谢产物积累与细胞生长抑制始终是核心难题。Chromochloris zofingiensis作为能同时合成虾青素和油脂的明星藻株，其规模化培养常面临氮源限制或盐度波动的环境压力。虽然前期研究表明缺氮(ND)和高盐(HS)能促进虾青素和脂肪酸积累，但伴随的活性氧(ROS)爆发和生物量下降严重制约了实际产量。硫胺素(维生素B₁)作为能量代谢关键辅因子，在高等植物中已被证实可增强抗逆性，但其在微藻胁迫响应中的调控机制仍是未解之谜。

河北师范大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究中，通过整合生理生化测定、转录组学和代谢组学分析，系统解析了硫胺素在ND和HS胁迫下的差异化调控网络。研究采用ATCC 30412藻株，设置0.1-0.5 mg/L硫胺素梯度，通过细胞计数、干重(DW)测定评估生长状况，HPLC分析虾青素，GC-MS检测脂肪酸，结合DCFH-DA荧光探针量化ROS水平，并运用RNA-seq和非靶向代谢组学揭示分子机制。

在生长表型方面，0.5 mg/L硫胺素使ND组和HS组的DW分别提升63.29%和49.53%，同时显著降低ROS水平。代谢产物分析显示，ND条件下硫胺素促进虾青素含量提升2.28倍，TFA含量增加13.04%；而HS组主要通过生物量增加实现56%的虾青素产量提升。

分子机制研究表明，ND组中硫胺素通过上调糖酵解(如HK、ALDO基因)、淀粉代谢(如BcsA、GlgC)和丙酮酸代谢(如PPDK、PDH复合体)通路，强化碳流向脂质和类胡萝卜素合成。HS组则激活α-亚麻酸代谢(LOX2S)和精氨酸-脯氨酸通路(proA/B/C)，促进渗透调节物质积累。值得注意的是，ND组中硫胺素显著上调虾青素合成关键基因PSY、BKT和crtZ，而HS组优先诱导抗氧化类胡萝卜素(如叶黄素)合成基因LUT5的表达。

这项研究首次揭示了硫胺素在微藻中具有胁迫类型依赖的差异化调控功能：ND条件下通过强化中心碳代谢促进产物积累，HS条件下则侧重激活抗逆通路维持细胞稳态。该发现为微藻抗逆栽培提供了精准调控策略——在营养限制时采用硫胺素协同诱导高值化合物合成，在环境胁迫时则利用其增强细胞耐受性。这种"一石二鸟"的调控模式，为微藻工业化生产中的胁迫管理提供了创新思路，具有重要的理论和应用价值。