微藻是地球上最主要的初级生产者之一，在全球碳循环中扮演重要角色。通过光合作用，微藻把光能和CO2转化为油脂（甘油三酯；TAG）等高能储碳物质，因此可在“碳固定”的同时助力“碳减排”。但是微藻切实服务双碳行动的潜力，一直受限于其油脂生产率、规模培养工艺等影响能源微藻经济性的关键因素。近日，中科院青岛能源所单细胞中心在工业产油微藻（微拟球藻）中发现一种蓝光特异性诱导的油脂合成调控机制，并基于此发明了BLIO（Blue-Light Induced Oil synthesis）这一全新的“光控”高产油技术，将峰值油脂生产率提高了一倍。相关研究成果以为题于3月29日在线发表在Nature Communications上。
TAG的合成是微藻细胞针对环境胁迫的应激反应之一，但培养基中的氮缺乏如何与藻细胞中TAG的合成联系起来一直未有定论。因此，理性提高微藻TAG产率一直是业界难题，同时，微藻产油过程也难以精确、灵活地控制。
在寻觅诱导TAG合成新方法的过程中，研究人员在工业产油微藻Nannochloropsis oceanica（海洋微拟球藻）中，发现了一个前所未知的“BlueLight-NobZIP77-NoDGAT2B”通路。当培养环境中氮素丰富时，蓝光感应转录因子NobZIP77会通过与目标DNA调控序列的结合，抑制NoDGAT2B等TAG合成酶的转录表达，从而关闭了TAG生产线。然而，当环境中氮素耗尽时，细胞中通常吸收蓝光的叶绿素a会减少，导致更多蓝光进入NobZIP77所在的细胞核。这样，暴露在蓝光下的NobZIP77会从其目标DNA调控序列上解离，因此NoDGAT2B等TAG合成酶的转录表达被“解锁”，从而触发TAG的生产。
基于上述发现，研究人员发明了名为BLIO的蓝光特异性诱导高产油技术。运用青岛星赛公司的RACS-Seq系统，研究人员筛选了大量的工程藻株、培养条件和培养时间点的组合。在白光和氮素丰富的情况下，敲除了NobZIP77的微拟球藻工程株生物质产率没有降低，油脂产率却提高了两倍；而随着微藻逐渐消耗氮源，启动蓝光照射，导致TAG大幅度累积。与恒定白光下野生型微藻的培养过程相比，在峰值产油状态下，BLIO的TAG生产率提高了整整一倍。