研讨开辟出基于拉曼组与机械培训的微藻种质挖掘新技术

微藻是地球上代谢功效较为多样化的生物类群，在环球碳轮回中发扬症结作用，也是生物技术家当中紧张的一类光合细胞工场。但微藻的种质鉴定和代谢功效检测繁琐，且自然界年夜部门微藻难以培育。近日，中国迷信院青岛动力研讨所单细胞中间颁发了首个微藻拉曼组数据库，并联合机械培训示范了单细胞精度、疾速的微藻品种鉴定和代谢功效表征。该技术为微藻细胞工场的高效挖掘和挑选提供了一个免培育、高通量的强无力伎俩，相关研讨结果颁发在《阐发化学》上。

微藻是在自然界中普遍存在的单细胞光合自摄生物，可将空气中的二氧化碳高效转化为油脂、碳水化合物、卵白质和色素等高附加值产物，利用于第三代生物燃料、饲料、食物和等。是以，“微藻细胞工场”无望成为服务“碳中和”和“碳达峰”的低碳制作解决方案之一。这一前景的条件和根底是微藻种质资本的疾速鉴定和代谢功效检测，然而，传统上“先养后筛”的种质挑选战略面对着诸多瓶颈。

为此，中科院青岛动力所单细胞中间Mohammadhadi Heidari Baladehi等人开辟出基于拉曼组的藻类细胞疾速鉴别与代谢功效快检技术。拉曼组是一个细胞群体的单细胞拉曼光谱的总称，代表着可以在单细胞精度疾速、低本钱、高通量获取的细胞群体及时代谢状态。起首，针对已获纯培育的藻种，研讨职员采集了色素分子拉曼光谱（PS）和微藻细胞本身拉曼光谱（WS）这两张谱图，构建了首个藻类拉曼组数据库。该数据库包括了在分歧成长期（稳按期和指数期）、分属27个微藻种属的超过9000个单细胞的拉曼光谱。该团队开辟的机械培训算法，通过PS和WS的联用鉴别待测单细胞的藻种和成长状态，精确率可达97%。其次，针对情况中难培育的藻类细胞，研讨职员借助后期创造的单细胞拉曼分选技术来捕捉活性藻类单细胞，采集其PS和WS这两张拉曼谱图，进而联合上游单细胞测序，树立了情况中微藻单细胞代谢表型组和基因型的联系关系。该办法不需拆散培育，即可构建情况中任何微藻细胞的拉曼光谱数据库，进而基于机械培训，撑持尚难培育藻种的疾速鉴定和代谢功效检测。此外，除了种质鉴别，单细胞拉曼光谱还能提醒微藻应用二氧化碳后的碳源存储模式（如油脂、淀粉、卵白、色素等），及其含量和化学性子（如油脂的不饱和度等）。这些代谢表型信息，关于疾速评价微藻种质的培育工艺、经济代价和利用后劲非常紧张。

与传统上依赖于培育的“先养后筛”的战略分歧，这一基于拉曼组的种质挑选战略无需培育与扩繁细胞，节约了年夜量光阴和人工，并能挖掘和挑选尚难培育的微藻细胞。针对每个微藻细胞，拉曼光谱的采集通常仅需数秒的光阴，且无需毁坏细胞，故而步调简练、阐发通量高、易于完成自动化，还能在单细胞精度同时探测从代谢表型组到基因组的全面信息。是以，该技术将减速微藻细胞工场及其代谢产品的挖掘与应用。

这次首个微藻拉曼组数据库及其机械培训伎俩的颁发，将减速新一代微藻资本信息平台的构建和共享，匆匆进藻类为“双碳行为”做出奉献。研讨任务获得科技部、国度自然迷信基金委员会、中科院、山东动力研讨院、青岛陆地迷信与技术试点国度试验室等的支持。(100yiyao.com）