海洋鱼类是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等ω-3多不饱和脂肪酸的主要来源。随着全球市场对ω-3多不饱和脂肪酸的需求日益增长，对海洋鱼类的捕捞强度也在增加，进而对海洋生态系统构成严重威胁。微藻作为海洋食物链中EPA和DHA的原始生产者，被认为是可持续获取这些关键营养物质的理想来源。然而，天然微藻体内淀粉与油脂代谢途径间的竞争关系，极大地限制了其ω-3脂肪酸的积累效率，制约了将微藻作为海洋鱼类的替代物来获取ω-3脂肪酸。
针对这一瓶颈，我校农学与生物科学学院洱海流域水生态团队吴明灿特聘教授课题组以小球藻为模型，首次将化学诱变结合碘熏蒸（CMCIF）与适应性实验室进化（ALE）两种技术手段联用，成功筛选并培育出一株淀粉合成途径受抑，乙酸利用效率显著提升的突变藻株（命名为M41）。
研究结果显示，在补加乙酸的培养条件下，M41藻株展现出卓越的生产性能。其细胞密度较野生型提升了94%，细胞干重增加了33%，光合色素含量（叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）分别实现了131%、113%和102%的显著增长。尤为引人注目的是，与野生型小球藻相比，M41藻株的EPA和DHA积累量分别提升了485%和161%。
进一步的代谢组学分析揭示了M41藻株高产EPA和DHA的潜在机制。结果表明，外源乙酸可能参与到卡尔文循环，从而提升了二氧化碳的固定效率。代谢流分析显示碳流从淀粉合成途径成功转向了戊糖磷酸途径和脂质合成途径，并通过γ-氨基丁酸（GABA）途径将部分蛋白质相关代谢导向脂质的合成，最终促进了EPA和DHA的高效积累。
该研究开发出的乙酸利用能力增强、EPA和DHA高产的小球藻新藻株为开发高生物量、高EPA/DHA含量的非转基因微藻藻种提供了创新性的技术思路，为推动ω-3多不饱和脂肪酸产业的可持续发展，缓解传统鱼油提取对海洋生态系统造成的压力提供了极具潜力的解决方案。
近日，吴明灿与合作者将该成果以“Enhancing EPA and DHA synthesis in acetic acid-supplemented Chlorella vulgaris: A combined strategy of chemical mutagenesis and adaptive laboratory evolution”为题，发表在化学工程领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院SCI一区Top期刊，影响因子13.4）。葡京线路检测35222023级生态学硕士研究生张杰为该论文的第一作者，吴明灿为论文通讯作者。海南热带海洋学院崖州湾创新研究院、海南大学海洋生物与水产学院、海南省海洋与渔业科学院、集美大学水产学院等单位的科研人员参与了此项工作。该研究得到海南省自然科学基金省级高层次人才项目(323RC426)、葡京线路检测3522科研发展基金专项项目（KY2519104740）、云南省科技厅面上项目（202401BA070001-061、202401CF070016）、葡京线路检测3522高层次人才引进科研启动基金项目(KY2519104740)、云南省本科高校协会基础合作研究专项（2024J0827）以及海南省科学与技术专项基金（ZDKJ2021006；ZDYF2024SHFZ069）等多项基金的支持。
