岩藻黄素是一种具有减脂、降血糖及抗癌等多种生物活性的类胡萝卜素，海洋硅藻三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）是其高效积累宿主。然而，三角褐指藻兼养培养过程中常因光合抑制，导致岩藻黄素含量下降，如何实现生物量与岩藻黄素的同步高效积累，已成为该色素产业化应用的核心瓶颈。
本研究针对这一问题开展针对性探究，发现以精氨酸和尿素为混合氮源（氮摩尔比4:1）进行兼养培养时，可显著提升三角褐指藻的岩藻黄素生产效率与生物量。实验结果显示，与单一精氨酸氮源相比，该混合氮源培养下岩藻黄素生产率提升141%，生物量达到3.37 g/L，岩藻黄素含量高达9.94 mg/g，成功实现了生物量与目标色素的同步优化积累。
为系统解析上述协同效应的内在代谢机制，本研究整合胞内氨基酸靶向分析、初级代谢组学、类胡萝卜素靶向分析及转录组学等多组学技术，进行全方位探究。结果表明，精氨酸与尿素混合氮源可显著促进三角褐指藻体内尿素循环及GS-GOGAT途径的活化，为细胞代谢提供充足的氮代谢中间产物。
在培养早期，混合氮源可诱导糖酵解、三羧酸（TCA）循环及光合色素合成相关关键基因的大幅上调，快速为细胞增殖提供充足的碳骨架与能量，推动生物量快速积累；进入培养后期，糖异生途径与岩藻黄素合成通路持续保持活跃状态，确保岩藻黄素在生物量稳定增长的基础上高效积累，最终实现两者的同步提升。
本研究通过多组学整合分析，明确了精氨酸与尿素混合氮源调控三角褐指藻岩藻黄素积累的分子代谢机制，不仅解决了兼养培养中光合抑制导致的色素含量下降问题，更为优化三角褐指藻兼养培养策略、提升岩藻黄素产业化产量提供了重要的科学依据与技术支撑。
原文链接：Insights from an integrated multi-omics analysis: The synergistic effect of arginine and urea in marine diatom Phaeodactylum tricornutum
