深圳大学2023级硕士生和实验师以第一作者身份在国际知名期刊（IF=9）上发表研究论文

近日，深圳大学生命与海洋科学学院郑怡鸿副教授团队在国际知名期刊《Bioresource Technology》（1区Top）发表题为“Atmospheric and room temperature plasma mutagenesis of Graesiella emersonii for enhanced protein production using methanol as novel carbon source”的研究论文。

研究团队首次利用常温大气压等离子体（ARTP）诱变技术对本地分离的艾默生脂球藻Graesiella emersonii进行育种，成功获得一株耐甲醇突变株（11–3），在以甲醇为唯一碳源条件下表现出显著的生长和蛋白合成优势，为工业副产甲醇的资源化利用提供了新的可持续路径（图1）。其在甲醇（8 g/L）培养基中的生长速率比野生型提升60%。在优化培养条件下，该突变株表现出优良的微藻生物质资源化潜力。

图1 脂球藻突变株的遗传特征鉴定及甲醇适应性表型筛选

研究表明11-3拥有更强的氮利用能力和甲醇消耗能力（图2），且光合作用效率提高，Fv/Fm值显著高于野生型，说明其在甲醇胁迫下维持了较强的光合功能；甲醇消耗率提升27.1%，比野生型更高效地将工业副产品甲醇转化为生物质；蛋白含量达40.1%（干重），较野生型提升22%，且氨基酸组成更接近人体营养需求，富含赖氨酸、蛋氨酸等关键必需氨基酸；但脂肪酸数据显示，甲醇改变了其脂质组成，突变株在早期阶段脂肪酸不饱和度升高，可能是其适应甲醇毒性的膜结构调节机制（图3）。

图2 野生型（WT）和突变株（11–3）中残余总氮和甲醇浓度的动力学

图3 野生型（WT）和突变株（11–3）在不同培养条件下的生化组成。

此外，对WT与11-3突变体的色谱分析、氨基酸组成和相关代谢通路基因的qRT-PCR分析，11-3突变株表现出了更强的同化代谢能力且类胡萝卜素合成增强，特别是虾青素含量显著升高，表现出优异的抗氧化潜力，包括用甲醇生产高质量的植物蛋白以及商业制造虾青素。（图4）

图4 野生型（WT）和突变株（11–3）对甲醇的整合生理代谢差异：表型、色素积累、qRT-PCR分析和氨基酸组成。

该研究不仅验证了ARTP技术在微藻碳源耐受性定向育种中的有效性，还从机制层面解释并总结了脂球藻突变株利用甲醇生产生物质的潜能，为工业废甲醇的生物转化提供了可行策略（图5）。突变株11–3同时具备高蛋白产量、营养氨基酸谱和虾青素等高值产品合成能力，具备广泛的食品、饲料及保健品开发潜力，为未来通过合成生物学进一步提升微藻资源利用效率奠定基础。

图5 通过一碳代谢从甲醇合成氨基酸的代谢途径以及突变株关键工程化适应性。

深圳大学生命与海洋科学学院2023级硕士研究生罗继旭和黄观钦实验师为该论文共同第一作者，郑怡鸿副教授为该论文通讯作者，课题组本科生郑洺佳为第二作者、本科生欧常青、杨洋、硕士研究生陈庆悦、凌毓凤、蔡琳琳、刘令程、黄飞副研究员、胡章立讲席教授为论文主要合作者，深圳大学为第一完成单位。该研究得到广东省教育厅基金项目（2022ZDZX4039）、深圳大学合成生物学研究中心和深圳大学2035卓越研究计划项目（2022B010）、广西科技重大专项（GuikeAA18242047）以及广东省大学生创新训练项目（S202410590069）等项目支持。

文章链接：

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