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地球的资源并不是取之不尽用之不竭的,更加安全绿色可持续能源的研究和获得是当前世界亟待解决的问题,生物燃料便是当今社会的研究热点。藻类作为最容易获得、生物量巨大的能量来源,而它的代谢副产物也能为医疗、健康、美容等领域做出贡献。在植物体内,异戊二烯和其他质体类异戊二烯的产生主要包括细胞溶质甲羟戊酸(mevalonic acid,MVA)途径和细胞质体2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(2-C-Methyl-D-Erythritol-4-Phosphate,MEP)途径。MEP 途径所产生的初级代谢产物和次级代谢产物对医药、化工、食品和健康等方面都有重要贡献,如油脂(lipids)、三脂酰甘油(triacylglycerol,TAG)等。前人的研究已经证明MEP途径的第一个限速酶是 1-脱氧-D-木糖醇-5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase,DXS),它是通过控制质体中的类异戊二烯前体物质异戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate,IPP)的合成来调节植物的初级代谢产物和次级代谢产物的量。如果我们加强这个环节的效应,有望增加MEP途径,提高油脂如TAG等的合成,进而增加终端代谢产物的产量。本实验以海洋微拟球藻为研究对象,在成功导入拟南芥DXS基因后,获得了DXS基因过表达海洋微拟球藻 DXS overexpression Nannochloropsis ocenica,DXSoe),研究了其生长、抗逆和相关代谢产物的合成。通过PCR和正常培养条件下生长速率的比较,获得了具有优良生长性状的转化子DXSoe1、DXSoe2和DXSoe3。采用DXS抑制剂异恶草酮(Clomazone,CLO,又称异恶草松,国外商品名称为广灭灵)作用后,与野生型相比,转化子表现出更强的抗逆性能和生长性能(1-3倍)。通过分光光度法、显微计数法、干重法和苯酚硫酸法对比了环境因子(不同照度、氮含量、微量元素含量)对野生株和DXSoe1、DXSoe2和DXSoe3生长、抗逆、生物量积累、叶绿素和总碳水化合物含量的影响。结果表明,转化子的细胞数目、叶绿素含量和总碳含量比野生型高出1-3倍,具有更好的生理优势(无重复双因素方差分析,P<0.01或P<0.05)。此外,我们通过对海洋微拟球藻的油脂和三脂酰甘油的含量(薄层色谱法)也进行了测定,过表达转化子的油脂含量和TAG含量超出野生型1-2倍(无重复双因素方差分析P<0.01或P<0.05)(以上所有指标检测均进行平行实验,且平行性较好)。综合可见,DXS在海洋微拟球藻生物量上的过表达是可行的,这将为代谢工程和合成生物学手段优化微藻核心代谢通路提供了重要的基础和参照,为其他相关领域如食品、饲料等的研究和发展提供可靠的研究依据和参考,能为工程细胞的进一步应用提供理论基础,更为解决能源紧缺和环境污染问题出一份力。