2025年6月7日，深圳大學生命與海洋科學學院胡章立講席教授團隊在國際知名期刊Bioresource Technology（中科院一區TOP，IF9.7）發表題為“Expressing exogenous gene inChlamydomonas reinhardtiichloroplast with viral replication elements”的研究論文。該研究在萊茵衣藻葉綠體中成功構建一種基于病毒復制元件的外源基因高效表達平臺。

萊茵衣藻是單細胞真核微藻，具有生長繁殖快、光合效率高、兼性營養及可食性等優良性狀，是微藻蛋白質、功能脂質、類胡蘿卜素及萜類化合物等的重要資源。2019年2月被美國食品和藥物管理局認定為“公認安全”（GRAS Notice No. 773）食物資源。2022年5月被中華人民共和國國家衛生健康委員會正式批準作為新食品原料。

作為最具潛力的光合細胞工廠，目前萊茵衣藻葉綠體合成生物學平臺受限于葉綠體基因組外源基因表達水平及同質化篩選的技術難題。為了解決這一瓶頸問題，本研究利用甜菜卷曲頂部病毒的復制元件Rep蛋白及（vor）序列，開發了一套萊茵衣藻葉綠體的附加體外源基因表達系統（圖1）。

圖1 萊茵衣藻葉綠體附加體系統模式圖

該研究通過在萊茵衣藻核基因組中表達Rep蛋白，構建了附加體遺傳系統的底盤藻株，并利用mVenus熒光蛋白對該系統進行驗證，實現了比傳統萊茵衣藻葉綠體基因組同源重組方法更高效的外源基因表達水平（圖2）。

圖2 葉綠體附加體系統的驗證與比較

該系統利用附加體遺傳系統表達crtz和crtw基因，使萊茵衣藻細胞的玉米黃質和角黃素等高價值類胡蘿卜素含量明顯增加（圖3），說明基于病毒復制元件構建的萊茵衣藻葉綠體附加體系統在合成生物制造中具有重要的應用前景。

圖3 葉綠體附加體系統應用-高價值產物類胡蘿卜素生物合成

圖4 轉基因藻株的生長和光合性能

該研究進一步探究了病毒衍生的復制元件在萊茵衣藻中是否表現出毒性問題。研究發現病毒復制元件并未影響萊茵衣藻的生長、生物量積累和光合作用特性（圖4），這表明病毒衍生的復制元件與作為宿主的萊茵衣藻細胞具有良好生物相容性。

該研究相關成果已于2022年11月申報中國發明專利“一種萊茵衣藻葉綠體中附加體質粒的構建方法及其應用（202211501386.5）”和PCT國際專利（PCT/CN2022/138084）。

深圳大學生命與海洋科學學院2023級博士研究生江亞男為該論文第一作者，胡章立為該論文通訊作者。課題組副教授賈彬、張桂英博士、王松博士、Ali Raza博士、吳莎博士、郭春立博士、碩士研究生劉想、劉穎頎和羅繼旭為論文主要合作者，深圳大學為論文第一完成單位。深圳大學龍華生物產業創新研究院、韓山師范學院廣東省粵東藥食資源功能物質與治未病研究重點實驗室、四川大學考古學研究中心、東南大學生命科學與技術學院、東北農業大學園藝與景觀建筑學院等為合作完成單位。

該研究得到國家自然科學基金項目（32273118）、國家重點研發計劃合成生物學重點專項項目（2018YFA0902500）、深圳市可持續發展專項基金項目（KCXFZ20211020164013021）、深圳市發展和改革委員會基金項目（XMHT20220104019）、深圳大學合成生物學研究中心和深圳大學2035卓越科研計劃項目（2022B010）等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132784