重离子辐射育种联合遗传操作创制优良微生物菌株的过程示意图。雷彩荣、陆栋/供图

通过遗传操作调控脂质合成的示意图。雷彩荣、陆栋/供图

记者11月18日从中国科学院近代物理研究所获悉，该所科研团队与兰州理工大学合作伙伴一起，最新通过重离子辐射和基因编辑等相关技术，并结合多组学分析对酵母代谢途径进行精准优化，实现酵母脂质合成能力有效提升。

这项微生物领域重要研究成果论文，近日已在施普林格·自然旗下专业学术期刊《通讯—生物学》（Communications Biology）发表。科研团队通过该成果方法的实践运用，证实微生物菌株在复杂工业化场景中的发酵性能显著增强，也为生物制造、微生物新菌种资源等方面的进一步研究提供有力支撑，具有良好的应用前景。

据科研团队介绍，微生物诱变育种技术是获取优良突变体的重要手段之一。尽管重离子辐射的诸多优势使其较传统诱变技术更容易获得优良突变体，但诱变技术普遍存在的随机性限制了育种的效率。

酵母作为一种重要的微生物，广泛应用于食品、药品和生物燃料的生产中。它最有价值的能力之一是合成脂质。脂质是在日常生活中应用广泛的高价值化合物，包括生物燃料、营养补充剂和化妆品等。例如，从酵母中提取的脂质可以用作可再生燃料来源或保健品的成分，因为它们含有有益的脂肪酸。

酵母脂质合成的关键因素之一是乙酰辅酶A，这一重要前体充当着脂质分子的“原材料”，是脂质合成必不可少的物质。不过，传统的代谢途径限制了乙酰辅酶A的有效供应和脂质的积累，这让脂质的产量不够高。在本项研究中，为增加脂质合成量，科研团队利用重离子辐射和基因编辑等相关技术优化酵母代谢途径，提高乙酰辅酶A的供应效率，使酵母能够生产更多的脂质。

研究过程中，科研团队利用大科学装置——兰州重离子加速器对酵母进行重离子辐射处理，结合多组学方法识别并验证了与脂质代谢相关的关键基因ALD4。随后，他们通过基因编辑技术上调ALD4核心代谢中间产物的代谢通量，有效增加脂质合成所需前体乙酰辅酶A的供应，使乙酰辅酶A水平较之前提高17.10%，从而显著提高酵母在合成脂类和其他高附加值化合物方面的产量。