Genetic engineering of the Calvin cycle toward enhanced photosynthetic CO(2) fixation in microalgae.
Genetic engineering of the Calvin cycle toward enhanced photosynthetic CO(2) fixation in microalgae.
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卡尔文循环基因工程增强微藻光合作用二氧化碳固定
DOI：
10.1186/s13068-017-0916-8
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发表时间：
2017
影响因子：
6.3
通讯作者：
Chen F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yang B;Liu J;Ma X;Guo B;Liu B;Wu T;Jiang Y;Chen F
背景：光合微藻正在成为生物燃料和增值生物产品可持续生产的潜在生物质原料。通过这些生物进行的二氧化碳生物缓解被认为是现有碳固存方法的一种生态友好且有前景的替代方法。然而，微藻固有的相对较低的光合能力阻碍了这种策略在二氧化碳生物缓解应用中的实际应用。结果：通过对典型绿色微藻（aclorella vulgaris）的卡尔文循环进行遗传操作，证明了提高其光合能力的可行性。首先，我们将一个质体转运肽融合到增强绿色荧光蛋白（EGFP）的上游，并证实其在c叶绿体中的表达。寻常的。然后，我们将蓝藻果糖1,6-二磷酸醛缩酶在质体转运肽的引导下引入c。普通叶绿体，导致提高光合能力（约1.2倍）和细胞生长。分子和物理化学分析表明，醛缩酶过表达可能在促进卡尔文循环中1,5-二磷酸核酮糖的再生和光系统中的能量转移中起作用。结论：我们的工作代表了通过在绿色微藻中进行卡尔文循环工程来提高光合能力的概念验证。我们的工作也为有针对性的基因工程提供了见解，以改善藻类性状，用于二氧化碳的生物缓解。
Background:Photosynthetic microalgae are emerging as potential biomass feedstock for sustainable production of biofuels and value-added bioproducts. CO2biomitigation through these organisms is considered as an eco-friendly and promising alternative to the existing carbon sequestration methods. Nonetheless, the inherent relatively low photosynthetic capacity of microalgae has hampered the practical use of this strategy for CO2biomitigation applications.Results:Here, we demonstrate the feasibility of improving photosynthetic capacity by the genetic manipulation of the Calvin cycle in the typical green microalgaChlorella vulgaris. Firstly, we fused a plastid transit peptide to upstream of the enhanced green fluorescent protein (EGFP) and confirmed its expression in the chloroplast ofC. vulgaris. Then we introduced the cyanobacterial fructose 1,6-bisphosphate aldolase, guided by the plastid transit peptide, intoC. vulgarischloroplast, leading to enhanced photosynthetic capacity (~ 1.2-fold) and cell growth. Molecular and physiochemical analyses suggested a possible role for aldolase overexpression in promoting the regeneration of ribulose 1,5-bisphosphate in the Calvin cycle and energy transfer in photosystems.Conclusions:Our work represents a proof-of-concept effort to enhance photosynthetic capacity by the engineering of the Calvin cycle in green microalgae. Our work also provides insights into targeted genetic engineering toward algal trait improvement for CO2biomitigation uses.
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