微生物过量积累油脂是有重要应用价值的生命现象。通常在氮限制条件下产油微生物高效积累油脂；然而，许多天然/廉价原料氮含量高，应用氮限制策略难以取得理想结果。前期研究发现，产油酵母在磷限制下也可高效积累油脂，为转化富氮原料提供了新技术，但对其生物学基础缺乏了解。本项目计划圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides为模式菌株，通过分析不同碳/磷比营养条件下的基因表达、蛋白质和关键代谢物的差异，结合生物信息学分析，提出磷限制导致油脂积累的生物学模型；通过生物化学和分子生物学实验，深入解析相关基因的功能，完善相应分子机制；探索进一步开展菌株理性改造研究，获取具有新性状的工程菌株。. 项目执行期间，完成了不同磷营养水平下圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides的差异转录组、差异蛋白质组和代谢组学分析，结合生物信息学方法分析了上下调基因的功能。结果表明，磷限制显著影响磷代谢相关基因，其中核糖核酸酶Rny1、磷酸化酶Pho8和Phm8显著上调，使液泡内RNA降解成核苷单磷酸NMP，其中腺苷单磷酸AMP磷酸基团被去掉生成腺苷，造成AMP含量下降，从而降低了受AMP别构调节的异柠檬酸脱氢酶Idh的活性，促使细胞利用柠檬酸为前体合成并积累油脂；磷脂酸(Phosphatidic acid, PA)作为甘油二酯(diacylglycerol, DAG)和磷脂(phospholipid, PL)合成的共同底物，在磷限制条件下，PA磷酸水解酶Pah1显著上调、DAG激酶Dgk1显著下调，促使PA大量水解生成DAG，进而提高甘油三酯（triacylglycerol, TAG）的合成；通过荧光定量PCR验证了组学差异基因的上下调情况，实验结果与组学数据基本一致；在油脂合成能量供给方面，磷限制使NADPH含量显著下降，可能会限制油脂积累，因此，构建了过表达苹果酸酶ME的工程菌株，发现在相同培养条件下工程菌株的油脂含量是野生型的2倍，结果验证了ME的功能。. 本项目已全面完成了研究计划中的内容，获得了预期研究结果。通过本项目的研究，获得了一批新的生物学材料和信息，揭示了磷限制导致油脂积累独特的分子机制，丰富磷调控微生物代谢的基础理论，为理性改造产油酵母、合理设计发酵培养模式、以及深入了解微生物过量积累油脂的生物学现象奠定了科学基础。