Накопление масла у модельной зелёной микроводоросли Chlamydomonas reinhardtii: характеристика, вариабельность между распространёнными лабораторными штаммами и связь с запасами крахмала

Введение: При выращивании в стрессовых условиях многие виды микроводорослей накапливают крахмал и масло (триацилглицеролы, ТАГ). Модельная зелёная микроводоросль Chlamydomonas reinhardtii стала объектом исследований генетических и культуральных стратегий, направленных на повышение выхода липидов для производства биодизеля. В качестве способа усилить накопление масла предлагалось блокировать синтез крахмала. В этой работе охарактеризован процесс накопления ТАГ у Chlamydomonas и количественно определено их содержание у различных штаммов дикого типа и штаммов, не синтезирующих крахмал.

Результаты: В ответ на дефицит азота Chlamydomonas reinhardtii вырабатывала ТАГ, обогащённые пальмитиновой, олеиновой и линолевой кислотами; они накапливались в липидных тельцах. Синтез масла был максимальным через 2–3 дня после истощения азота, а примерно к 5-му дню выходил на плато. В первые 48 часов накопления масла содержание основных липидов пластидных мембран снижалось примерно на 80%. После повторного внесения азота мобилизация ТАГ начиналась после расщепления крахмала и завершалась в течение 24 часов. Содержание масла сравнили у пяти распространённых лабораторных штаммов (CC124, CC125, cw15, CC1690 и 11-32A); оно значительно различалось — от 2 мкг ТАГ на миллион клеток у CC124 до 11 мкг у 11-32A. Количественное определение ТАГ на клетку у трёх мутантов с нарушенным синтезом крахмала (cw15sta1-2, cw15sta6 и cw15sta7-1) показало, что блокирование синтеза крахмала не приводило к избыточному накоплению ТАГ по сравнению с непосредственным исходным штаммом — ауксотрофом по аргинину 330. Кроме того, у исследованных 20 штаммов дикого типа, мутантных и комплементированных штаммов значимой корреляции между содержанием масла и крахмала в клетках не выявлено. В отличие от этого, содержание масла в клетках резко возрастало с повышением концентрации соли в среде. При концентрации NaCl 100 мМ у штамма CC124 удавалось достичь уровня содержания масла, сопоставимого с таковым при дефиците азота.

Выводы: Получена исходная база для будущих генетических исследований метаболизма масла у Chlamydomonas. Результаты подчёркивают, что при оценке влияния мутаций на содержание масла важно использовать в качестве контроля непосредственный исходный штамм. Они также указывают на сложное взаимодействие синтеза масла, генетического фона и стрессовых условий у Chlamydomonas. Оптимизация этих взаимодействий может стать альтернативой целенаправленной метаболической инженерии при поиске способов повысить выход масла.