近日，深圳大學生命與海洋科學學院鄭怡鴻副教授團隊在國際知名期刊《Bioresource Technology》（1區Top）發表題為“Atmospheric and room temperature plasma mutagenesis of Graesiella emersonii for enhanced protein production using methanol as novel carbon source”的研究論文。

研究團隊首次利用常溫大氣壓等離子體（ARTP）誘變技術對本地分離的艾默生脂球藻Graesiella emersonii進行育種，成功獲得一株耐甲醇突變株（11–3），在以甲醇為唯一碳源條件下表現出顯著的生長和蛋白合成優勢，為工業副產甲醇的資源化利用提供了新的可持續路徑（圖1）。其在甲醇（8 g/L）培養基中的生長速率比野生型提升60%。在優化培養條件下，該突變株表現出優良的微藻生物質資源化潛力。

圖1 脂球藻突變株的遺傳特征鑒定及甲醇適應性表型篩選

研究表明11-3擁有更強的氮利用能力和甲醇消耗能力（圖2），且光合作用效率提高，Fv/Fm值顯著高于野生型，說明其在甲醇脅迫下維持了較強的光合功能；甲醇消耗率提升27.1%，比野生型更高效地將工業副產品甲醇轉化為生物質；蛋白含量達40.1%（干重），較野生型提升22%，且氨基酸組成更接近人體營養需求，富含賴氨酸、蛋氨酸等關鍵必需氨基酸；但脂肪酸數據顯示，甲醇改變了其脂質組成，突變株在早期階段脂肪酸不飽和度升高，可能是其適應甲醇毒性的膜結構調節機制（圖3）。

圖2 野生型（WT）和突變株（11–3）中殘余總氮和甲醇濃度的動力學

圖3 野生型（WT）和突變株（11–3）在不同培養條件下的生化組成。

此外，對WT與11-3突變體的色譜分析、氨基酸組成和相關代謝通路基因的qRT-PCR分析，11-3突變株表現出了更強的同化代謝能力且類胡蘿卜素合成增強，特別是蝦青素含量顯著升高，表現出優異的抗氧化潛力，包括用甲醇生產高質量的植物蛋白以及商業制造蝦青素。（圖4）

圖4 野生型（WT）和突變株（11–3）對甲醇的整合生理代謝差異：表型、色素積累、qRT-PCR分析和氨基酸組成。

該研究不僅驗證了ARTP技術在微藻碳源耐受性定向育種中的有效性，還從機制層面解釋并總結了脂球藻突變株利用甲醇生產生物質的潛能，為工業廢甲醇的生物轉化提供了可行策略（圖5）。突變株11–3同時具備高蛋白產量、營養氨基酸譜和蝦青素等高值產品合成能力，具備廣泛的食品、飼料及保健品開發潛力，為未來通過合成生物學進一步提升微藻資源利用效率奠定基礎。

圖5 通過一碳代謝從甲醇合成氨基酸的代謝途徑以及突變株關鍵工程化適應性。

深圳大學生命與海洋科學學院2023級碩士研究生羅繼旭和黃觀欽實驗師為該論文共同第一作者，鄭怡鴻副教授為該論文通訊作者，課題組本科生鄭洺佳為第二作者、本科生歐常青、楊洋、碩士研究生陳慶悅、凌毓鳳、蔡琳琳、劉令程、黃飛副研究員、胡章立講席教授為論文主要合作者，深圳大學為第一完成單位。該研究得到廣東省教育廳基金項目（2022ZDZX4039）、深圳大學合成生物學研究中心和深圳大學2035卓越研究計劃項目（2022B010）、廣西科技重大專項（GuikeAA18242047）以及廣東省大學生創新訓練項目（S202410590069）等項目支持。

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https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132880