《食品科學》：廈門大學凌雪萍副教授等：異源表達磷脂酶D調控裂殖壺菌磷脂代謝對脂質合成的影響

裂殖壺菌（Schizochytrium sp.）作為一類產油真菌，其細胞中油脂含量可達細胞干質量的50%～70%，二十二碳六烯酸（DHA）更是可占到總脂肪酸的35%～55%，因此，作為生產油脂的工程潛力菌株，其脂質代謝調控的相關途徑一直是被深入研究的熱點。目前研究最多和較為認可的裂殖壺菌中油脂合成途徑主要涉及2 種：合成飽和脂肪酸（SFAs）的需氧脂肪酸合酶（FAS）途徑和合成多不飽和脂肪酸（PUFAs）的厭氧聚酮合酶（PKS）途徑，但是其明確的調控機制尚未完全清晰，因此，需要從油脂合成調控的不同維度進行深入分析。

有研究表明，脂肪酸在裂殖壺菌中的存在方式分為2 種：游離形式的脂肪酸占極少部分，大多數是通過酯化反應裝配到磷脂和甘油三酯（TAG）上進行積累與儲存。Liu Ying等對Aurantiochytrium sp.PKU#SW7和Thraustochytriidae sp. PKU#Mn16發酵生產DHA的脂質譜圖進行分析，發現DHA主要分布在中性脂質TAG中。裂殖壺菌中DHA盡管是以TAG的形式存在，但其合成后遷移到TAG的過程與磷脂的代謝密切相關。裂殖壺菌中磷脂可以通過Kennedy途徑進行從頭合成（圖1），包含CDP-X磷脂合成途徑和CDP-甘油二酯（DAG）磷脂合成途徑；此外，磷脂還能經由酰基化途徑直接合成。以磷脂中極為常見的磷脂酰膽堿（PC），其可通過3-磷酸膽堿-甘油（GPC）歷經兩步酰基化反應得到。并且磷脂之間的轉化也很常見：PC可以通過磷脂酰乙醇胺（PE）轉甲基反應生成，PC也能夠轉化為溶血磷脂酰膽堿（LPC），磷脂酰絲氨酸（PS）與PC和PE之間也可以相互轉化。TAG的合成除了經由Kennedy途徑，即通過二酰基甘油酰基轉移酶（DGAT）對DAG的sn-3位點進行酰化獲得，還可以通過磷脂二酰甘油酰基轉移酶（PDAT）和PC:二酰甘油膽堿磷酸轉移酶（PDCT）催化的PC代謝通路進行合成。推測TAG中DHA的形成主要經PC通路遷移轉化。由此可見，調控磷脂代謝會明顯影響裂殖壺菌的脂質合成，這有利于闡明裂殖壺菌的油脂尤其是PUFAs的代謝調控機制。

磷脂是細胞膜的主要成分，影響細胞膜的流動性和通透性，磷脂的不同類型主要取決于其連接的疏水性脂肪酰基鏈和親水性磷酸極性基團特性。PLD的轉磷脂酰化活性和水解活性在TAG和磷脂的代謝轉化中具有重要作用。已有研究表明PLD對植物細胞的生長和油脂合成都會產生影響。Lee等通過RNA干擾的方式將大豆中PLDα的表達水平下調，結果顯示PC和PE中PUFAs的占比增加，但TAG的不飽和度降低，意味著PLDα的抑制減緩了磷脂向TAG的轉化。Yang Wenyu等在亞麻薺中將2 個擬南芥磷脂酶D基因（AtPLDζ1和AtPLDζ2）進行了共表達，同時利用14C標記的甘油和乙酸酯探究其油脂的組裝動力學，結果顯示新合成的脂肪酸優先摻入到PC的sn-2位上，隨后TAG含量增加，PC脂肪酸含量降低，這表明PLD會使磷脂與甘油酯之間發生轉化。Bai Yang等在擬南芥中過表達了GmPLDγ基因以改變其甘油酯的代謝，GmPLDγ的表達會水解PC，使PC發生轉化，從而促進了含有不飽和長鏈脂肪酸種子油的生產，增加產油量的同時也改變了油脂組成。目前微生物中關于PLD對油脂合成的影響研究甚少。Zhang Yiting等挖掘到了裂殖壺菌中PLD蛋白相關的2 個基因片段PLD1和PLD2，二者的調控對裂殖壺菌的代謝產生了不同的影響：PLD1基因的敲除對生物量和油脂產量影響不明顯，但提高了油脂中PUFAs的占比，其中DHA占比提高了13.3%；PLD2基因敲除后生物量降低了32.8%，油脂產量降低了17.6%，脂肪酸組成變化不大。這是由于二者的轉磷脂酰和水解活性偏好不同，PLD1的敲除加強了裂殖壺菌的磷脂合成通路，對磷脂的成分有一定影響，降低了PC占比，而提高了LPC和磷脂酰肌醇（PI）占比，有利于DHA與磷脂的裝配，從而提高DHA的積累。以上結果表明，通過PLD調控磷脂的代謝能有效影響油脂的合成。

相比其他來源的PLD，鏈霉菌來源的PLD具有較高的轉磷脂酰活性。因此，廈門大學化學化工學院的童俊、凌雪萍*、三峽公共檢驗檢測中心的陸濤選擇將抗生鏈霉菌（Streptomyces antibioticus）來源的PLD基因（SaPLD）過表達于裂殖壺菌中，考察過表達PLD對裂殖壺菌細胞生長和油脂合成的影響。基于細胞膜形態分析PLD對細胞生長的影響，結合磷脂組學和實時熒光定量聚合酶鏈式反應（PCR）分析PLD過表達對脂肪酸、磷脂與TAG的代謝影響，進而探討PLD對裂殖壺菌的生長和油脂合成的代謝調控機制。

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SaPLD的密碼子優化及過表達菌株的篩選

為實現鏈霉菌來源的SaPLD基因（GenBank登錄號：D16444.1）在裂殖壺菌SR21中的高效表達，本實驗依據裂殖壺菌的密碼子偏好性，在保持氨基酸序列不變的前提下，對SaPLD基因的密碼子進行優化設計，獲得長度為1 527 bp的優化序列。優化后的SaPLD基因由生工生物工程（上海）股份有限公司合成，并定向插入至pUCSP載體質粒中，同時在基因兩端分別引入Xba I和Nhe I限制性內切酶識別位點。利用Xba I和Nhe I對重組質粒pUC-SP-SaPLD進行雙酶切鑒定（圖2A），回收目的基因片段后，將其連接至實驗室前期構建的pBluzeo-18S過表達載體，成功構建pBluzeo-SaPLD-18S重組表達載體（圖2B）。隨后，將重組質粒轉化至大腸桿菌DH5α感受態細胞中，利用含氨芐青霉素的LB平板進行抗性篩選（圖3A）。挑取單菌落進行液體培養，提取質粒并進行PCR驗證（圖3B）。結果顯示，陽性克隆菌株能夠特異性擴增出SaPLD基因片段，初步證實目的基因已成功整合至pBluzeo-18S載體中。最后，委托廈門鉑瑞生物科技有限公司對陽性克隆進行Sanger測序分析，測序結果進一步確認了pBluzeo-SaPLD-18S過表達載體的成功構建。

對成功構建的pBluzeo- SaPLD -18S過表達載體質粒實施PCR擴增，獲取包含18S上下游同源臂、博來霉素抗性表達框及 SaPLD 表達框的線性化DNA片段。采用電轉化技術，將該目的片段導入裂殖壺菌。以野生型裂殖壺菌菌株作為陰性對照，利用含博來霉素的抗性平板篩選電轉化后的菌株，成功分離獲得陽性轉化子（圖4A）。設計針對博來霉素抗性基因的特異性引物（擴增片段長度375 bp），分別對野生型菌株和轉化菌株的基因組DNA進行PCR檢測，并以pBluzeo- SaPLD -18S過表達載體質粒作為陽性對照。如圖4B所示，野生型菌株基因組未擴增出抗性基因條帶，而陽性轉化菌株則呈現出預期的375 bp特異性條帶。結果表明， SaPLD 基因已成功整合至裂殖壺菌基因組中，證實 SaPLD 過表達菌株構建成功。

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SaPLD過表達對裂殖壺菌及油脂積累的影響

如圖5A所示，野生型菌株在48 h開始進入指數生長期，48～96 h期間生物量和油脂產量快速增長和積累，而后進入穩定期，油脂產量最高達到24.9 g/L。SaPLD過表達菌株在前72 h與野生型生長基本一致，72 h后生長變緩，比野生型延遲24 h進入穩定期，最終生物量比野生型低7.9%。2 株菌的總油產量一直在逐步積累，96 h前過表達菌株低于野生型，但后期過表達菌株總油產量持續增加最終超過野生型，最高總油產量達到25.9 g/L，比野生型提高了4.0%。

由圖5B可知， SaPLD 過表達菌株的葡萄糖消耗速率更快，在96 h就基本耗盡；而野生型菌株在48 h前葡萄糖消耗速率較慢，生長相對較慢（48 h時生物量略低于過表達菌株），隨后糖消耗開始加快，在120 h耗完所有葡萄糖。盡管突變株的糖消耗較快，但并沒有體現在生物量的增加上，而相對是糖消耗較慢的野生型生長更佳，這說明 SaPLD 改變了細胞糖代謝的利用途徑。由圖5C可知，2 株菌的油脂占比均隨著細胞的生長而增加，前期野生型的油脂占比高于突變株，后期突變株高于野生型，可以看出 SaPLD 過表達最終提高了裂殖壺菌的油脂占比，最高值比野生菌株提高了13.5%，這說明 SaPLD 可以提高裂殖壺菌中單位細胞合成油脂的能力。更為重要的是，從48～72 h野生型的油脂占比提高了14.0%，而突變株提高了40.1%，結合葡萄糖的消耗速率和生物量的變化，可以看出 SaPLD 的過表達使得更多的碳源進入脂質合成途徑，從而最終提高了突變株的油脂含量。

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SaPLD過表達對細胞形態的影響

發酵培養過程中觀察到SaPLD過表達細胞在72 h出現破裂，取樣離心后上清液渾濁，漂浮著破碎的細胞，這說明SaPLD對宿主裂殖壺菌產生了一定程度的毒害作用。如圖6所示，野生型菌株細胞表面光滑，形態飽滿完整，而SaPLD過表達菌株細胞表面出現了皺縮、破裂的情況，細胞整體尺寸也略小于野生型細胞。這表明突變株細胞膜在SaPLD作用下功能受到影響，細胞無法正常生長繁殖。Mishima等發現當重組的PLD表達質粒轉入宿主細胞進入誘導階段時，在PLD的毒性作用下幾乎所有的重組細胞都被迅速殺死，活細胞數從109以上急劇減少至103，顯示出PLD極強的細胞毒性。張瑩在大腸桿菌表達鏈霉菌PLD時發現其對宿主的生長產生了明顯的毒害作用，影響了大腸桿菌BL21的生長速率，菌體濃度始終低于對照組。這表明PLD的過表達對宿主細胞會產生一定的毒害作用。

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NaCl脅迫對SaPLD過表達菌株生長和細胞形態的影響

PLD對宿主細胞產生毒性與其引起細胞離子穩態失衡及其磷脂代謝異常變化有關，而有學者認為鹽脅迫作用可以緩解PLD對大腸桿菌的毒性，一定程度上可以抑制細胞發生裂解。本課題組前期研究發現在大腸桿菌進行PLD表達時，NaCl脅迫作用下大腸桿菌的生物量有所增加，這表明NaCl脅迫作用為大腸桿菌提供了某種保護，有助于細胞抵抗PLD產生的毒性，因此選擇鈉離子對其進行脅迫研究。首先考察了不同濃度的NaCl對細胞生長和油脂合成的影響。如圖7A所示，隨著NaCl質量濃度的增加，SaPLD過表達菌株的總油產量有了進一步的提升，當NaCl質量濃度為12 g/L時，總油產量達到最高值（30.5 g/L），相比野生型菌株和未脅迫培養過表達菌株分別提高了27.3%和17.6%。在NaCl的脅迫作用下，SaPLD過表達菌株生物量也有所恢復，當NaCl質量濃度為12 g/L時，生物量恢復到了野生型裂殖壺菌的生長水平（圖7B），這說明NaCl脅迫作用確實可以緩解PLD對裂殖壺菌的細胞膜毒性。裂殖壺菌作為海洋真菌，始終生存在鹽度較高的環境下，PLD的表達可能打破了細胞內的離子平衡，而鈉離子可以維持細胞內滲透壓平衡和調節酸堿平衡，氯離子對嗜鹽菌株的生長有著至關重要的作用，因此添加一定量的NaCl可以起到緩解PLD的細胞毒性、促進裂殖壺菌細胞生長的作用。

本實驗進一步分析了在NaCl質量濃度為12 g/L時突變株的生長代謝情況。如圖8A所示，脅迫培養菌株和未脅迫突變株在120 h前的生長趨勢基本一致，SaPLD-NaCl組的生物量一直略低于SaPLD組，而在120 h后SaPLDNaCl組生物量繼續增加，并在144 h超過SaPLD組，基本達到野生型菌株的生長水平；脅迫組的油脂產量也得到進一步提高。由圖8B可知，在高濃度鹽脅迫下，SaPLD過表達菌株的葡萄糖消耗速率在24 h后比SaPLD組慢，48 h后和野生型的糖消耗量基本一致，這也是SaPLDNaCl組的生物量在120 h前一直低于SaPLD組的原因，可能是滲透壓的變化導致菌株細胞代謝發生了調整。72 h后SaPLD-NaCl組的糖消耗速率加快，在120 h時與其他2 組一樣糖基本消耗完，SaPLD-NaCl組的生物量最終與野生型菌株一致。由圖8C可知，野生型菌株的產油能力在72 h后基本趨于穩定，而SaPLD過表達菌株產油能力在96 h后高于野生株。由圖8D可知，SaPLD過表達菌株的非油干基質量濃度在72 h后低于野生型菌株。綜上，過表達細胞中更多代謝物用于油脂的合成，提高了單位細胞油脂的生產能力，且SaPLD-NaCl組的產油能力優于SaPLD組，這可能是由于鹽脅迫改變了細胞膜的狀態，促進了細胞的整體生長代謝，進而提高了油脂合成。

由圖9可知，在鹽脅迫下過表達菌株的細胞皺縮破裂現象有了明顯緩解，細胞表面恢復光滑，形態飽滿，細胞形狀比未脅迫的SaPLD過表達菌株細胞更完整，尺寸也有所增加，基本和野生型形態一致。這表明NaCl脅迫培養可以改善SaPLD對細胞膜的毒害作用。從離子穩態的角度來看，鹽脅迫下細胞需要重新平衡胞內離子濃度以維持正常生理功能。在植物研究中，已有諸多證據表明PLD參與離子轉運調控過程。例如Zhang Ying等研究發現在鹽脅迫下，轉PePLDδ的擬南芥通過增加編碼質膜Na+/H+反轉運蛋白（AtSOS1）和H+-ATPase（AtAHA2）基因的轉錄，使得轉基因植物能夠更好地進行Na+外排并減少K+損失，維持細胞內的離子穩態。并且，在鹽處理條件下抗氧化酶被激活，編碼超氧化物歧化酶、抗壞血酸過氧化物酶和過氧化物酶的基因轉錄水平上調，從而降低了電解質泄漏量、丙二醛含量和H2O2水平，減輕氧化損傷。類似地，在裂殖壺菌中，鹽脅迫可能激活PLD相關的離子轉運調控通路。當環境中的鹽濃度升高，裂殖壺菌可能通過調節細胞膜上離子通道或轉運蛋白的活性與表達，促進Na+排出細胞，減少胞內Na+積累對細胞造成的毒性影響，同時維持K+等其他離子的正常濃度梯度，保障細胞內酶活性和代謝反應的正常進行。不僅如此，鹽脅迫促使PLD參與激活抗氧化酶促系統，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、抗壞血酸過氧化物酶等。這些酶能夠協同作用，將細胞內過多產生的活性氧，如超氧陰離子自由基、過氧化氫等轉化為無害的水和氧氣，降低活性氧對細胞大分子物質，如脂質、蛋白質和核酸的氧化損傷，進而緩解PLD過表達可能帶來的細胞毒性。

綜上所述，鹽脅迫緩解PLD對裂殖壺菌細胞毒性的機制是多方面的，涉及離子穩態調節、抗氧化防御系統激活等。未來研究可借助轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等多組學技術，深入分析鹽脅迫下裂殖壺菌細胞內的分子變化，進一步明確這些機制之間的相互關系與協同作用，為更好地理解和利用裂殖壺菌的生理特性提供理論依據。

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SAPLD過表達對二十碳五烯酸（EPA）和DHA合成的影響

由圖10可知，改造菌中EPA的合成較野生型均有明顯增加，且NaCl脅迫培養后，EPA的合成進一步提高。DHA合成呈現出相反的變化，突變株中DHA的產量和單位細胞內的含量均比野生型低，但脅迫培養的突變株還是略高于未脅迫培養的突變株。雖然EPA和DHA均是PUFAs，但卻出現了不同的變化，這可能是兩者的合成途徑不同，需要進一步的分析研究。

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SaPLD過表達對總油脂中脂肪酸組成的影響

如表1所示，在搖瓶發酵過程中SaPLD過表達對脂肪酸組成成分產生了明顯影響，其中SFAs相對含量提高（主要體現在C16:0的增加），PUFAs相對含量下降。與野生型菌株相比，在144 h時突變菌株的SFAs相對含量極顯著提高（P＜0.01），PUFAs和DHA相對含量均極顯著降低（P＜0.01），這說明SaPLD過表達不利于PUFAs的積累，尤其是DHA的合成。PUFAs的減少會對細胞膜結構產生不利的影響，從而影響裂殖壺菌對營養物質的利用，進而影響了細胞生長。但EPA呈現了相反的變化，SaPLD過表達增加了脂肪酸中EPA的占比，在144 h時EPA占比比野生型菌株提高了35.7%，圖10也顯示SaPLD過表達菌株的EPA產量和單位細胞內含量分別比野生型提高了約43%和約70%，進一步說明SaPLD過表達有利于EPA的合成。

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SaPLD過表達對磷脂代謝的影響

7.1 SaPLD過表達對磷脂合成的影響

如圖11所示，SaPLD過表達后使得細胞磷脂整體合成減弱，TAG合成增強。3 株菌中TAG的相對含量在脂質轉化期（120 h）均比脂質合成期（72 h）高，而磷脂相對含量則降低，表明裂殖壺菌在后期會將磷脂轉化為TAG，從而提高TAG的產量。此外，在鹽脅迫條件下突變株的磷脂通路在前期（72 h）會比未脅迫時略有恢復，這說明鹽脅迫可能通過調控磷脂代謝改變細胞膜狀態，進而促進細胞生長。

7.2 SaPLD過表達對磷脂中脂肪酸組成的影響

由表2可知，無論是在野生型還是過表達菌株中，TAG中SFAs含量最高，接近50%～60%，其中C16:0占比最高，接近SFAs的90%以上；大部分的DHA、DPA和EPA占總PUFAs含量的90%以上，表明PUFAs主要貯存在TAG中；從發酵時間來看，所有菌株在發酵后期的TAG中EPA和DHA含量均有增加，相應地SFAs出現了下降，表明發酵后期更多的PUFAs遷移積累在TAG中；從不同菌株來看，SaPLD過表達明顯降低了發酵過程TAG中的DHA含量，相對地提高了SFAs含量和EPA含量，這說明SaPLD過表達抑制了TAG中DHA的結合，促進了SFAs和EPA的結合，也表明EPA和DHA的合成途徑存在差異，EPA可能更多地與SFAs的合成途徑有關。

磷脂中SFAs含量也接近40%～50%，但其中C 16:0 占比低于TAG，而C 18:0 占比明顯提高，說明C 18:0 更偏向結合在磷脂中；磷脂中結合的其他脂肪酸接近30%～40%，而PUFAs僅占10%～15%，其中基本不含EPA，說明PUFAs主要結合在TAG中；從發酵時間來看，在120 h時所有菌株磷脂中DHA含量均低于72 h時，結合TAG中后期DHA含量的增加，推測后期DHA從磷脂向TAG中遷移貯存；而過表達菌株磷脂中SFAs含量和其他脂肪酸則呈現與野生型菌株不同的變化，后期磷脂中SFAs含量略微增加，PUFAs含量只有略微降低，表明SaPLD的過表達抑制了PUFAs從磷脂向TAG中的遷移，最終減少了DHA的積累；從不同菌株來看，對比野生型，過表達SaPLD在72 h時同時降低了磷脂中SFAs和DHA的占比，而在120 h同時提高了二者的占比，但前期對DHA的影響更為明顯，后期對SFAs的影響更為明顯，這說明SaPLD表達在前期抑制了磷脂結合脂肪酸的能力，主要抑制DHA的結合能力，在后期有利于脂肪酸結合到磷脂上，主要促進SFAs的結合。

另外，相比于未脅迫培養，鹽脅迫培養并未對突變株中各脂肪酸含量有明顯影響，進一步說明鹽脅迫對脂肪酸的主要合成途徑并未產生影響，主要是保護了細胞膜的形態，進而促進了細胞生長。值得注意的是，EPA主要結合在TAG中，在磷脂中只檢測到了極其微量的EPA，表明EPA的積累更多地與TAG合成通路有關，與磷脂代謝相關性不大，這為開展裂殖壺菌產EPA的研究提供了新的視角。

7.3 SaPLD過表達對磷脂類型的影響

如圖12所示，裂殖壺菌中磷脂種類豐富，野生型菌株與SaPLD過表達菌株中都檢測出PC、PG、PI、PE、LPC、PS和PA這7大類磷脂，占比最高的主要為PC、PG和PI，其中PC含量占磷脂總量的一半左右。Wang Guang等也發現在裂殖壺菌中PC是主要的極性脂質。此外，菌株磷脂種類占比在發酵的不同時期均出現了變化，表明在對數生長期（72 h）和脂質轉化期（120 h）磷脂的代謝會發生變化。

對于野生菌株而言，除了PG在120 h時明顯降低之外，其他磷脂均有不同程度的增加。PG與細胞的生長狀況有著密切的聯系，在對數生長期發酵液中碳源充足，且葡萄糖轉換為甘油比轉化為其他磷脂極性頭部基團要容易的多，所以在碳源充足的情況下合成PG可能更容易滿足細胞指數生產期間的膜磷脂供應；在脂質轉化期，葡萄糖消耗殆盡，細胞停止增殖，膜磷脂代謝從磷脂合成轉向磷脂間的相互轉化，PG合成降低，這又會影響細胞應激感應和適應機制的脂質依賴性。PI占比的增加可能是因為細胞中脂質代謝活躍，PI作為信號分子加強了相關代謝的調控。LPC占比的增加可能是因為細胞生長后期開始破裂，導致LPC的增加，這與Moog等發現LPC含量的增加會使細胞膜發生破裂，影響細胞生長的結果一致。該研究表明PE、PS和PA占比雖然很少，但它們組成的變化在細胞膜結構和功能中也發揮著重要作用。

對比野生型和過表達菌株的磷脂組成，在72 h時過表達菌株中PG和PC含量明顯降低，而PI、LPC和PA均有一定程度的增加，PS和PE無明顯變化。PLD能夠催化水解反應和轉磷脂酰反應，一方面SaPLD的過表達催化底物PC和PG發生水解反應，使二者含量降低，導致過表達菌株細胞生長開始低于野生型，而PC和PG的水解使得產物PA含量增加，PA經Kennedy途徑合成TAG，這也是SaPLD過表達菌株油脂產量增加的原因之一；另一方面PLD的轉磷脂酰活性使得不同磷脂之間發生了轉換，PG轉化為信號作用更強的PI進行信號傳導和脂質調控。在發酵120 h時，過表達菌株中LPC和PA占比明顯提高。LPC的增加可能是因為SaPLD過表達對宿主細胞產生毒性，從而使細胞膜結構發生了變化。PA的增加進一步說明有更多的磷脂發生水解，進而對應于PI和PG含量減少，從而增強了Kennedy途徑代謝流，促進磷脂向TAG的轉變。

對于過表達菌株而言，鹽脅迫培養沒有明顯改變相同時間段下細胞的磷脂組成，這表明鹽脅迫抵抗PLD的細胞毒性并非通過改變磷脂成分，而有可能是改變了胞內外的離子代謝流，從而調控了細胞膜功能，維護了細胞形態的完整性，這與2.7.2節的結論相印證。

7.4 SaPLD過表達對相關基因轉錄水平的影響

脂肪酸合成的第1步是通過乙酰輔酶A羧化酶（ACC）將乙酰輔酶A轉化為丙二酰輔酶A，為脂肪酸和油脂積累提供前體物。如圖13A所示，SaPLD的過表達使ACC轉錄水平在前期提高，而在發酵的中后期降低，結合圖5A可知SaPLD過表達后使菌株在前期把更多的葡萄糖轉化為脂質合成前體丙二酰輔酶A，從而促進中后期油脂的合成。Li Jing等發現在氮缺陷條件下Nannochloropsis中ACC的表達后期降低，但總脂質含量顯著增加。鏈長因子（CLF）作為PKS基因簇上的延長因子，調控著超長鏈PUFAs的合成，現已證實PKS和FAS途徑分別負責裂殖壺菌中DHA和SFAs的合成，故對脂肪酸合成途徑相關的FAS和CLF進行轉錄水平分析。如圖13B、C所示，SaPLD的過表達使菌株細胞中FAS基因轉錄水平上升，而CLF基因轉錄水平出現了下調，這與油脂中脂肪酸占比變化相印證（表1），SFAs含量增加，而DHA占比減少。磷脂酸磷酸酶（PAP）催化PA合成DAG，再由DGAT催化合成TAG。如圖13D、E所示，過表達菌株中PAP和DGAT的轉錄水平均高于野生型，這說明SaPLD過表達使裂殖壺菌中Kennedy途徑增強，產生更多的PA（圖12）和DAG去合成TAG，最終提高油脂產量（圖5）。PDAT和PDCT兩種酶均可作用于PC將其分別轉化轉為TAG和DAG。Lu Chaofu等在擬南芥突變種子中發現，當PDCT突變時會導致DAG中的PUFAs含量顯著降低。由圖13F、G可知，在裂殖壺菌中過表達SaPLD使PDAT的轉錄水平降低，而PDCT的表達水平先增加后降低，這表明SaPLD的過表達削弱了PC通過PDAT催化直接將脂酰基轉移至DAG形成TAG的通路，相應強化了水解其他磷脂生成PA和將PC經PDCT作用轉化為DAG的通路，DAG再經DGAT催化合成TAG，最終使得TAG含量增加。

7.5 SaPLD過表達調控裂殖壺菌油脂代謝的機制分析

SaPLD過表達后使裂殖壺菌細胞生長和油脂代謝都發生了變化，其對脂質代謝的調控機制如圖14所示。過表達的SaPLD更多地發揮水解作用，使得總磷脂含量降低，其中主要催化磷脂PC發生水解反應，使PC轉化為PA，促進了PA經Kennedy途徑形成DAG進而轉化為TAG，最終使總油含量提高。由于PC的水解，使得主要通過結合PC再轉移至TAG的DHA減少，游離的DHA會反饋抑制合成PUFAs的PKS通路，相應促進了合成SFAs的FAS通路，最終使得與PKS通路相關的DHA合成降低，與FAS通路相關的EPA合成增加。Liu Jin等在利用微擬球藻提升EPA產量的研究中發現，細胞內的代謝流會發生改變，使得參與SFAs合成的相關物質和能量供應也相應增加，以滿足整體脂肪酸合成網絡的需求，體現出EPA合成與SFAs合成之間存在正向關聯。對脂肪酸合成途徑的干預并非孤立地影響某一種脂肪酸的合成，而是對整個脂肪酸代謝網絡產生系統性影響。這進一步支持了本研究的結論，即SaPLD過表達引發的代謝變化并非單一途徑的改變，而是涉及多個脂肪酸合成途徑之間的相互作用。當PKS通路受游離DHA反饋抑制而影響DHA合成時，與之相關聯的FAS通路被促進，使得EPA合成增加的同時，SFAs合成途徑也可能因整體代謝網絡的調整而受到正向影響，最終表現出EPA與SFAs合成途徑呈正相關。

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結 論

本研究通過對裂殖壺菌中異源過表達SaPLD的深入探究，系統揭示了PLD在調控細胞生長與油脂代謝過程中的復雜機制。SaPLD通過水解PC和PG，增強PA生成，激活Kennedy途徑，最終實現油脂合成的上調。盡管SaPLD過表達對細胞生長具有一定毒性，但通過鹽脅迫手段可有效緩解其負面影響，并進一步提升油脂產量。在脂肪酸代謝方面，SaPLD的引入改變了裂殖壺菌脂肪酸合成偏好，在降低DHA合成的同時，大幅促進了EPA的積累，這為裂殖壺菌作為EPA生產平臺的開發提供了新方向。本研究不僅深化了對裂殖壺菌磷脂代謝與油脂合成調控機制的理解，更為工業菌株改造提供了重要的理論依據和技術策略。未來研究可在此基礎上，深入解析SaPLD水解活性調控的分子機制，通過蛋白質工程手段對SaPLD進行定向改造，增強其在裂殖壺菌中的催化特異性與穩定性，減少對細胞生長的負面影響，為實現裂殖壺菌高效合成特定脂肪酸、滿足食品、醫藥等領域的需求奠定堅實基礎。

作者簡介

第一作者：

童俊，廈門大學化學化工學院2024級碩士研究生，研究方向主要為功能油脂的微生物合成。

通信作者：

凌雪萍，廈門大學化工學院副教授，博士，研究領域：微生物代謝工程、酶工程與益生菌發酵工藝開發；先后主持和參與國家級、省部級等項目20余項，企業合作與開發項目15余項；發表國內外學術論文50余篇，獲得國內外授權專利20余項。在微生物合成多不飽和脂肪酸領域研究多年，完成了從菌種進化改造、合成培養基及流加培養工藝優化、小試、中試到工業化生產的成套發酵和油脂提取、精制、包埋等集成化技術和工藝。其中DHA生產主要技術指標遠超同類行業水平，已在廈門匯盛生物有限公司、廈門金達威集團等多家企業實現工業化生產，促進了相關行業的經濟發展與產業布局。

引文格式：

童俊, 陸濤, 盧英華, 等. 異源表達磷脂酶D調控裂殖壺菌磷脂代謝對脂質合成的影響[J]. 食品科學, 2025, 46(22): 213-226. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250508-034.

TONG Jun, LU Tao, LU Yinghua, et al. Effect of heterologous expression of phospholipase D on lipid synthesis by regulating phospholipid metabolism in Schizochytrium sp.[J]. Food Science, 2025, 46(22): 213-226. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250508-034.

實習編輯：楊倩；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“第六屆食品科學與人類健康國際研討會”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到）在中國 安徽 合肥召開。

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