蝦青素是一種紫紅色脂溶性色素，屬于酮式類胡蘿卜素，具有抗氧化、抗癌、抗炎、治療糖尿病、提高免疫力以及預防心血管疾病的功能，在食品、保健品、水產(chǎn)飼料以及醫(yī)藥等領(lǐng)域被廣泛應用。佐夫色綠藻（Chromochloris zofingiensis）是蝦青素的天然來源之一，因其能異養(yǎng)生長且生長速率與生物量產(chǎn)量遠高于自養(yǎng)條件而受到廣泛關(guān)注。雖然異養(yǎng)細胞中蝦青素含量僅為干重的0.06%，低于自養(yǎng)細胞的0.5%，但由于同等培養(yǎng)時間的生物量產(chǎn)量較高，異養(yǎng)條件下蝦青素產(chǎn)量高，異養(yǎng)生長的佐夫色綠藻生產(chǎn)蝦青素具有較大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿ΑＡ硪环矫妫舴蛏G藻采用誘導條件生產(chǎn)蝦青素會導致生物量急劇下降，這表明最佳培養(yǎng)模式仍然是產(chǎn)業(yè)開發(fā)的瓶頸。因此，增加生物質(zhì)和蝦青素含量對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益至關(guān)重要。

中國科學院水生生物研究所畢永紅研究員團隊對赤霉素3（GA3）影響異養(yǎng)佐夫色綠藻生長和蝦青素合成的作用機理進行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在GA3誘導下，佐夫色綠藻生物量和蝦青素產(chǎn)量分別達268.5 g/L和0.34 g/L，比對照組高6%和89%。GA3改變了與碳代謝、脂質(zhì)代謝、蝦青素合成和ABC轉(zhuǎn)運蛋白相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。與蝦青素生物合成相關(guān)的基因，如八氫番茄紅素合成酶（PSY）、八氫番茄紅素去飽和酶（PDS）、β-胡蘿卜素羥化酶（CHYb）和β-胡蘿卜素酮化酶（BKT），在GA3誘導下上調(diào)；碳代謝和脂代謝增強，導致底物消耗增加，NADPH生成增加，促進蝦青素合成。該研究揭示了赤霉素3對異養(yǎng)佐夫色綠藻蝦青素合成的調(diào)控機理，為推動異養(yǎng)佐夫色綠藻生產(chǎn)蝦青素的產(chǎn)業(yè)化應用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。該研究成果以“Regulation Mechanism of Gibberellic Acid-3 for Astaxanthin Biosynthesis in Heterotrophic Growing Chromochloris zofingiensis”為題在國際學術(shù)期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry被選為內(nèi)封面論文正式發(fā)表。

論文第一作者為水生所博士后陳橋紅，畢永紅研究員為通訊作者。本研究得到國家自然科學基金（No: 31971477）、國家重點研發(fā)計劃（No:2020YFA0907402;No:2021YFC3200900）、國家資助博士后研究人員計劃（No.GZC20232917）和武漢市知識創(chuàng)新專項曙光計劃項目（No:2022020801020144）的資助。