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    单个活体细胞甘油三酯含量免标记测量技术

    利用单细胞拉曼光谱技术在单个细胞精度实时监测微藻产油过程。微拟球藻细胞在缺氮(A)和对照条件下(B)不同时间点的拉曼图谱,以TAG的典型种类triolein图谱作为参照。图中每条图谱是60个单细胞光谱的平均值。  

        

     单个细胞是生命活动和进化的基本单元。因此,单细胞水平上的功能分析和分选能够解析生命体系最“深”层次的异质性和运作机制。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究人员率先开发出单个活体细胞水平的甘油三酯(triacylglycerolTAG)含量免标记测量技术,并首次实现了单细胞精度的微藻细胞群体合成TAG过程动态定量监测。该项工作已在线发表于Biotechnology for BiofuelsWang, Ji, et al, Biotechnology for Biofuels, 2014)。 

      甘油三酯是地球上生物的主要能量贮存形式之一。它是人体内含量最多的脂类,也是微藻通过光合作用以二氧化碳为原料合成“藻油”等生物燃料的主要成分。因此,对细胞TAG含量的测定具有重要意义和应用价值。传统细胞内TAG的定量测定方法通常依赖于侵入性甚至是破坏性的细胞处理,需要大量细胞样品,因此掩盖了细胞之间的表型异质性,而且耗时耗力,极大限制了基于细胞TAG含量测定的科学研究和种质筛选。 

      生物能源所单细胞研究中心功能基因组团队王婷婷、籍月彤等利用自主研制的活体单细胞拉曼分选仪(Raman-activated Cell SorterRACS),通过单细胞拉曼光谱的快速采集和分析,发明了无需标记、无损、高通量的活体单细胞TAG含量测量技术,进而利用该技术首次在单细胞水平定量表征了微藻产油过程(图1)。研究人员在对产油过程中单细胞TAG含量及其脂类不饱和度的实时定量分析时发现,单个细胞水平的TAG含量与脂类不饱和度呈显著的负相关,而这一规律是传统群体层面细胞油脂分析方法难以揭示的。

    上述基于RACS的单细胞TAG定量技术直接跳过细胞培养环节,因此能够分析自然界的尚未培养微生物。同时它无需细胞标记或破壁等繁琐预处理,而且每个细胞测量时间低于一秒,能将种质TAG含量鉴定时间从数周缩短为数分钟(以产油微藻为例)。与下游单细胞测序与基因表达分析对接,该方法还将允许细胞TAG含量异质性的机制研究。因此,该方法在疾病诊断、药物筛选、生物能源、环境监测、碳汇研究等诸多领域具广阔应用前景。 

      上述研究获得了基金委微进化重大研究计划、科技部863合成生物学重大项目、中科院创新团队国际合作伙伴计划等支持,由单细胞研究中心徐健研究员与黄巍研究员共同主持完成。美国亚利桑那州立大学胡强教授团队也参与了该研究。 

     

     

    原文链接:

      T. Wang, Y. Ji, Y. Wang, J. Jia, J. Li, S. Huang, D. Han, Q. Hu, W. Huang, J. Xu, Quantitative dynamics of triacylglycerol accumulation in microalgae populations at single-cell resolution revealed by Raman microspectroscopy. Biotechnology for Biofuels, 2014 7:58. DOI: 10.1186/1754-6834-7-58 

      URL: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/7/1/58

     

    青能所新闻链接:

    http://www.qibebt.cas.cn/xwzx/tpxw/201404/t20140414_4090034.html

     

     

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