微藻栅藻脂肪酸生物合成特性解析：从生物燃料生产视角揭示其独特酶学机制

本文聚焦淡水微藻栅藻(Scenedesmus quadricauda)的脂肪酸(FA)生物合成途径，通过比较基因组学揭示其乙酰辅酶A羧化酶(ACC)异源四聚体（BC/BCCP/α-CT/β-CT）独特的原核-真核混合特征，发现其丙二酰-CoA:ACP转酰基酶(MAT)和脂肪酰基硫酯酶(FAT)的结构变异与脂质高产特性相关。研究证实该藻株在自养条件下生物量(1.010 gL?1)和脂质含量(404 mgL?1)显著优于同类，其棕榈酸(16:0)占比33.201%且符合生物柴油标准EN14214，为微藻能源化提供了关键酶学靶点。

　　

Highlight

淡水微藻四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)因其卓越的脂质积累能力备受关注。研究发现其自养培养时生物量(1.010 gL^?1)和总脂含量(404 mgL^?1)显著高于其他藻株，且棕榈酸(16:0)以33.201%占比成为主导脂肪酸。所有生物柴油参数均符合EN14214和EN590:2013标准，展现出优异的燃料转化潜力。

关键酶结构解析

通过同源建模获得乙酰辅酶A羧化酶(ACC)全酶三维结构，发现其异源四聚体呈现"进化嵌合"特征：生物素羧化酶(BC)、生物素羧基载体蛋白(BCCP)和β-羧基转移酶(β-CT)亚基与真核同源物相似，而α-羧基转移酶(α-CT)亚基却具有原核特征。这种独特的亚基组合在其他栅藻物种中未见报道。保守基序分析揭示了BC亚基的甘氨酸富集环、ERYV基序以及BCCP的AAAP基序等关键功能域。

代谢酶进化惊喜

丙二酰-CoA:ACP转酰基酶(MAT)虽具原核起源，但其三维结构明显区别于同类栅藻酶。更引人注目的是，脂肪酰基硫酯酶(FAT)中发现了双重复的4-羟基苯甲酰-CoA硫酯酶样结构域(4HBT)，这种特殊架构可能通过调控碳流分配显著影响脂质组装效率。这些独特的酶学特征共同构成了四尾栅藻高效脂质合成的分子基础。

Comparative Analysis

与其他产油微藻（如小球藻、微拟球藻等）相比，四尾栅藻在自养和混合营养条件下均展现出显著优势。特别值得注意的是，其ACC酶的"跨界"进化特征可能反映了该物种在碳固定与脂质合成平衡方面的特殊适应机制，这为后续代谢工程改造提供了新的靶点设计思路。

Conclusion

本研究首次系统揭示了四尾栅藻脂肪酸合成通路关键酶的结构-功能关系，其ACC异源四聚体的进化嵌合性、MAT的结构分异以及FAT的特殊域重复，共同构成了该物种高产脂质的分子基础。这些发现不仅丰富了微藻脂质代谢的理论认知，更为定向改造藻株实现生物燃料商业化生产提供了关键酶学工具。