富油微藻是能通过光合作用高效固定CO2并积累油脂的光合生物，油脂含量和面积产率高，是CO2减排、生产可再生清洁能源的重要微藻资源。胶球藻C-169（Coccomyxa subellipsoidea C-169）是第一个从极地环境中分离并完成全基因组测序的极端环境微藻。华南理工大学魏东教授团队的研究人员前期研究发现，它在光自养补充2% CO2、缺氮条件下可以成功诱导C-169加速脂肪酸积累，可高达干重的48%。
图1 不同CO2浓度下C-169的生理生化指标及脂肪酸含量
MicroRNAs(miRNAs)是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，其长度约为20-25个核苷酸。成熟的miRNAs是由较长的初级转录本经过一系列核酸酶的剪切加工而产生的，随后组装进RNA诱导的沉默复合体，通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA，并根据互补程度的不同指导沉默复合体降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻译。近年来的研究表明，miRNA参与了多种调节途径，包括发育、病毒防御、造血过程、器官形成、细胞增殖和凋亡、脂肪代谢等等。
最近，华南理工大学魏东教授团队的研究人员针对胶球藻C-169细胞内的miRNA识别和鉴定进行了系统研究，在International Journal of Molecular Science发表文章“Identification and characterization of miRNAs in Coccomyxa subellipsoidea C-169”，这是第一个关于胶球藻C-169 miRNA识别及功能分析的报道。该藻种分别置于0.04% CO2和2% CO2的环境进行光自养培养，第四天（根据前期研究这个时间点开始积累油脂）时离心收集两组藻泥用于后续miRNA分析。通过miRbase 21.0、Gene Ontology、KEGG等数据库对所有miRNA进行鉴定分析，并对其调控的靶基因进行功能分析。
图2. (a) sRNA的长度及分布。(b) miRNA的长度及分布。(c)新型miRNA的前体结构
本研究共鉴定出保守miRNA 118个和新型miRNA 6个，长度均在18-24 nt之间，其中21nt比例最高。与其他微藻Botryococcus braunii、Chondrus crispus、Porphyridium purpureum和Eucheuma denticulatum中已鉴定的miRNA相比，C-169的miRNA家族表现出一定的相似性及保守性。对鉴定所得miRNA进行靶基因预测，得到384个靶基因，显著富集于泛酸和CoA合成、C5支链酸代谢、2-羟羧酸代谢、丁酸代谢，以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成等六个过程。在215个已注释的靶基因中，80个基因与代谢密切相关，如氧化磷酸化、光合作用、氨基酸合成及三羧酸循环等，尤其是21个靶基因富集在脂质代谢中。尽管一些miRNA与靶基因之间存在显著的负表达关系（Opposite regulation patterns），因为细胞内参与代谢过程的基因表达受多种因素影响，大多数miRNA与靶基因之间不存在这一关系。但本研究中仍有26.25%与代谢相关的靶基因参与到脂质代谢中，表明miRNA在调控胶球藻C-169脂质代谢中的重要性，一定程度上解释了微藻油脂合成和积累与CO2这一环境驱动因子的作用机制。此外，49个靶基因被鉴定参与到转录及翻译过程中，包括11个剪切体、15个转录因子、8个翻译因子和6个核糖体调控因子，从上游对相关代谢途径进行调控。
图3 参与脂质代谢的靶基因
本研究首次鉴定并分析了富油微藻胶球藻C-169中miRNA及其调控靶基因的对应关系，为通过基因工程和系统生物学手段改造能源微藻的相关代谢途经、强化油脂合成提供了重要的理论依据。
参考链接：
Huifeng Peng, Dong Wei*, Gu Chen* and Feng Chen. Transcriptome analysis reveals global regulation in response to CO2 supplementation in oleaginous microalga Coccomyxa subellipsoidea C‑169. Biotechnol Biofuels. 2016, 9, 151. https://link.springer.com/article/10.1186/s13068-016-0571-5
Runiqing Yang, Gu Chen, Huifeng Peng and Dong Wei*. Identification and characterization of miRNAs in Coccomyxa subellipsoidea C-169. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(14), 3448. https://www.mdpi.com/1422-0067/20/14/3448
