科学家发现了一个增加藻类淀粉积累的“开关”

2019-12-20 248藻类

科学家发现了一个增加藻类淀粉积累的“开关”。东京理工学院和日本东北大学的一项合作研究的结果提出了大规模生产藻类衍生淀粉的前景,这是一种用于生物燃料和其他可再生材料的宝贵生物资源。这种以生物为基础的产品有可能取代化石燃料,并有助于可持续系统和社会的发展。

东京理工学院创新研究所化学与生命科学实验室由Sousuke Imamura领导的研究小组的科学家发现了一个增加藻类淀粉积累的“开关”。

科学家发现了一个增加藻类淀粉积累的“开关”

据《植物杂志》报道,这项研究的重点是单细胞红藻蓝藻壶菌。研究人员证明,通过灭活雷帕霉素靶蛋白TOR(一种已知在细胞生长中起重要作用的蛋白激酶),可以显著增加C. merolae中的淀粉含量。

他们观察到,在雷帕霉素灭活TOR 12小时后,淀粉水平显著增加,48小时后淀粉水平显著增加10倍。

揭示机理

重要的是,这项研究揭示了淀粉含量增加的机理。使用一种叫做液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)的方法,研究人员检测了50多种可能参与“开启”淀粉积累过程的蛋白质结构的细微变化。结果,他们发现GLG1是一种重要的蛋白质。GLG1的作用与糖原类似,糖原是存在于酵母和动物细胞中的一种酶,已知参与淀粉(或糖原)合成的起始阶段。

这一机制将对寻求扩大生物燃料和增值生物化学品生产的广泛行业产生巨大的利益。

例如,随着世界许多地方逐步淘汰一次性塑料袋和吸管,环保燃料添加剂、药品、化妆品和生物塑料的生产将会加速。

与陆生植物相比,藻类具有较高的光合效率和相对容易的栽培条件,因此具有很大的吸引力。淀粉、三酰基甘油(tag)和其他藻类生物质成分越来越被视为一种有前途和强有力的方式,有助于实现联合国提出的可持续发展目标(SDGs)。

研究小组注意到,更多使用其他藻类物种以及高等植物如拟南芥的研究,可能会产生关于淀粉积累背后的基本分子机制的进一步信息。Imamura说:“这一信息将有助于开发提高淀粉生物合成生产力的技术,同时提高可持续的生物质和生物能源生产。”

专业术语

蛋白激酶:一种通过添加磷酸基(磷酸化)改变其他蛋白的酶。

生物塑料:由可再生生物质资源制成的塑料。

引用

Tokyo Institute of Technology. "Scientists find a 'switch' to increase starch accumulation in algae." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 November 2018.
www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181102083422.htm.

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