莱茵衣藻油滴形成突变体的筛选及突变基因GPX5的功能研究的任务书.docx

莱茵衣藻油滴形成突变体的筛选及突变基因GPX5的功能研究的任务书
任务书
基本信息
任务名称：莱茵衣藻油滴形成突变体的筛选及突变基因GPX5的功能研究
任务类型：科研任务
任务时间：2019年6月1日至2021年6月1日
任务组织单位：中国科学院海洋研究所
任务背景
随着全球人口的不断增加和人们对营养和健康的要求提高，人们对富含多不饱和脂肪酸的食用油需求也日益增长。然而，现阶段主要的食用油来源于植物油，如大豆油、花生油等，其生产对土地、水资源的要求较高，而且生产过程中还会产生较多的污染物。
为了解决这一问题，近年来，越来越多的科研机构开始探索以微藻为基础的生产食用油的新途径。莱茵衣藻（Phaeodactylumtricornutum）是一种广泛存在于海洋中的单细胞藻类，其富含多不饱和脂肪酸的特性使其成为一种非常有潜力的生产食用油的微藻。
然而，莱茵衣藻作为一种单细胞藻类，其合成和储存油滴的机制和植物有所不同。近期的研究表明，莱茵衣藻生成油滴的主要途径是囊泡分泌途径，其后续的合成调控机制尚不十分清楚。另外，莱茵衣藻的生长环境具有极高的变化性，如海水中的pH、温度、光照强度等均会影响到其油滴的合成，因此，研究莱茵衣藻合成油滴的机制和调控因素具有重要的生物学和生产意义。
因此，本任务的主要目的是通过突变莱茵衣藻中的关键基因，筛选出能够更高效地合成油滴的突变体，并进一步研究该基因的调控机制和作用机理，为后续的生产食用油的应用奠定基础。
任务目标
主要目标：
通过基因突变技术，构建莱茵衣藻油滴形成相关基因GPX5的突变体库，并筛选出高效合成油滴的突变体；
结合蛋白质组学和生化分析方法，探索GPX5基因在莱茵衣藻油滴形成过程中的作用机理和调控机制；
次要目标：
分析进一步探索突变后的莱茵衣藻的生长特性和油滴含量；
分析莱茵衣藻在不同环境条件下油滴合成的差异性。
任务内容
1.突变体库的构建
根据已有的莱茵衣藻的基因组信息和微生物遗传学的相关知识，设计GPX5基因的突变体，并使用CRISPR/CAS9技术对莱茵衣藻进行基因突变，构建突变体库。同时，为了保证突变体的高效筛选，需要设计合适的筛选策略和鉴定方法。
2.突变体的筛选与鉴定
通过对突变体库的筛选，筛选出高效合成油滴的突变体，并使用PCR、测序等多种方法对突变基因进行鉴定和确认。通过与野生型莱茵衣藻的对比分析，确定突变体是否对油滴形成和累积产生影响，同时检测突变体的生长和代谢特性。
3.蛋白质组学和生化分析
通过质量分析、蛋白质组学等多种方法，对突变基因GPX5的表达水平和蛋白质水平进行研究。利用Westernblot和质谱技术等方法，研究突变基因GPX5在莱茵衣藻油滴形成过程中的作用机理和调控机制。
4.生长特性和环境条件对油滴含量的影响
针对突变体和野生型莱茵衣藻，分析其在不同环境条件下生长特性和油滴含量的变化，并在光照、温度、pH等因素条件下对两者的油滴含量变化进行对比研究。
任务进度和成果要求
任务进度：
第一年：基因突变、突变体库构建、高效筛选方法设定。
第二年：突变体的筛选与鉴定，突变基因GPX5表达调控机制分析。
第三年：突变体生长特性和油滴含量分析，考察莱茵衣藻在不同环境条件下的油滴合成变化。
成果要求：
建立莱茵衣藻关键基因GPX5的突变体库，通过筛选，筛选出能够更高效地合成油滴的突变体；
揭示GPX5基因在油滴形成过程中的作用机理和调控机制，构建出调控该基因的分子网络模型；
分析突变体的生长特性和油滴含量，探索环境条件对油滴合成的影响。
参考文献
Daboussi,F.,etal.GenomeengineeringempowersthediatomPhaeodactylumtricornutumforbiotechnology.NatureCommunications,2014,5:3831.
Radakovits,R.,etal.DraftgenomesequenceandgenetictransformationoftheoleaginousalgaNannochloropsisgaditana.NatureCommunications,2012,3:686.
Wase,N.,etal.Algae-mediatedsynthesisofsilvernanoparticles:optimizationandoptimizationofparameters.TheJournalofMicrobiology,2014,52:451-457.
Xia,J.,etal.Biosynthesisoflong-chainn-3polyunsaturatedfattyacidsinaphospholipidsourceofthemarinediatomPhaeodactylum