Mikroalgi, które wnoszą główny wkład w globalną fotosyntezę i pierwotną produktywność, służą jako obiecujące komórki podwozia w biologii syntetycznej.

W badaniu opublikowanym w Komunikacja roślinnabadacze z Instytutu Bioenergii i Technologii Bioprocesów w Qingdao (QIBEBT) Chińskiej Akademii Nauk odkryli wzór dystrybucji i dynamiczne zmiany w DNA N6-metyloadeniny (6mA) w rozdzielczości jednozasadowej w szczepach zmutowanych typu dzikiego i zmutowanych 6mA , ujawniając w ten sposób jego kluczową rolę w akumulacji lipidów, szczególnie w warunkach silnego oświetlenia.

Nannochloropsis oceanica, znana ze swojej wytrzymałości i wydajności w uprawie na wolnym powietrzu, oferuje takie zalety, jak szybki wzrost, silna tolerancja na dwutlenek węgla, silna synteza lipidów i wysokiej jakości nienasycone kwasy tłuszczowe. Dzięki niewielkiemu rozmiarowi genomu (~30 Mb) i haploidalnemu charakterowi pozwala na elastyczną manipulację genetyczną, w tym nokaut genów, nadekspresję, delecję dużych fragmentów genomu i rekombinację homologiczną, z wysoką wydajnością edycji.

6mA jest ważną modyfikacją metylacji DNA. Korzystając z sekwencjonowania w czasie rzeczywistym pojedynczej cząsteczki, badacze ujawnili krajobraz 6 mA całego genomu Nannochloropsis oceanica. Wyniki podkreślają preferencyjne wzbogacenie 6mA w motywie AGGYV, podwyższone poziomy w transpozonach i nieulegających translacji regionach 3′ oraz ścisły związek z aktywną transkrypcją.

„Zaobserwowaliśmy stopniowy wzrost o 6 mA wzdłuż kierunku transkrypcji genu, ze specyficznym wzbogaceniem w pobliżu dawców splicingu i miejsc terminacji transkrypcji” – powiedział GONG Yanhai, współpierwszy autor badania.

Ponadto geny o wysokiej ekspresji wykazują większą liczebność 6 mA w genomie w porównaniu z genami o niskiej ekspresji, co sugeruje pozytywną zależność między 6 mA a ogólnymi czynnikami transkrypcyjnymi.

Aby dokładniej zbadać wpływ prądu 6 mA, naukowcy wyeliminowali gen metylotransferazy 6 mA (NO08G00280). Spowodowało to zmianę wzorców metylacji i zmiany w ekspresji kluczowych genów związanych z kofaktorem molibdenu, transporterami siarczanów, transferazą glikozylową, lipazą i reduktazą sulfotlenku metioniny, ostatecznie prowadząc do zmniejszenia produkcji biomasy i oleju.

I odwrotnie, nokaut genu demetylazy (NO06G02500) spowodował zwiększenie poziomu 6 mA i spowolnienie wzrostu.

„Odkrycia te nie tylko potwierdziły obecność kluczowych enzymów na szlaku regulacji epigenetycznej, ale także rzuciły światło na kluczową rolę 6 mA w akumulacji lipidów w organizmie człowieka. Nannochloropsa w warunkach silnego oświetlenia” – powiedział prof. WANG Qintao, współpierwszy autor badania.

Odkrycia te dostarczają wiedzy na temat wykorzystania epigenetycznych modyfikacji genomu w celu zwiększenia wydajności biomasy i produkcji lipidów w mikroalgach przemysłowych. Badanie jest częścią inicjatywy Nannochloropsis Design & Synthesis Initiative (NanDeSyn), w której uczestniczy 26 zespołów badawczych z ośmiu krajów, koordynujących wysiłki mające na celu postęp w badaniach nad hodowlą molekularną i biologią syntetyczną w zakresie przemysłowych mikroalg wiążących węgiel i wytwarzających ropę.

„Dzięki naszym wspólnym wysiłkom swobodnie udostępnialiśmy kompleksowe zbiory danych, które obejmują mapy modyfikacji epigenetycznych 6 mA całego genomu, transkryptomy i powiązane mutanty w różnych warunkach hodowli. Te cenne zasoby są teraz dostępne dla społeczności naukowej za pośrednictwem strony internetowej NanDeSyn. Nasze wspólne celem jest postęp w badaniach nad mikroalgami przemysłowymi poprzez promowanie wymiany zasobów plazmy zarodkowej, narzędzi genetycznych i informacji z zakresu genomiki funkcjonalnej” – powiedział prof. XU Jian, korespondent autor badania.