2025年6月7日，深圳大学生命与海洋科学学院胡章立讲席教授团队在国际知名期刊Bioresource Technology（中科院一区TOP，IF9.7）发表题为“Expressing exogenous gene inChlamydomonas reinhardtiichloroplast with viral replication elements”的研究论文。该研究在莱茵衣藻叶绿体中成功构建一种基于病毒复制元件的外源基因高效表达平台。

莱茵衣藻是单细胞真核微藻，具有生长繁殖快、光合效率高、兼性营养及可食性等优良性状，是微藻蛋白质、功能脂质、类胡萝卜素及萜类化合物等的重要资源。2019年2月被美国食品和药物管理局认定为“公认安全”（GRAS Notice No. 773）食物资源。2022年5月被中华人民共和国国家卫生健康委员会正式批准作为新食品原料。

作为最具潜力的光合细胞工厂，目前莱茵衣藻叶绿体合成生物学平台受限于叶绿体基因组外源基因表达水平及同质化筛选的技术难题。为了解决这一瓶颈问题，本研究利用甜菜卷曲顶部病毒的复制元件Rep蛋白及（vor）序列，开发了一套莱茵衣藻叶绿体的附加体外源基因表达系统（图1）。

图1 莱茵衣藻叶绿体附加体系统模式图

该研究通过在莱茵衣藻核基因组中表达Rep蛋白，构建了附加体遗传系统的底盘藻株，并利用mVenus荧光蛋白对该系统进行验证，实现了比传统莱茵衣藻叶绿体基因组同源重组方法更高效的外源基因表达水平（图2）。

图2 叶绿体附加体系统的验证与比较

该系统利用附加体遗传系统表达crtz和crtw基因，使莱茵衣藻细胞的玉米黄质和角黄素等高价值类胡萝卜素含量明显增加（图3），说明基于病毒复制元件构建的莱茵衣藻叶绿体附加体系统在合成生物制造中具有重要的应用前景。

图3 叶绿体附加体系统应用-高价值产物类胡萝卜素生物合成

图4 转基因藻株的生长和光合性能

该研究进一步探究了病毒衍生的复制元件在莱茵衣藻中是否表现出毒性问题。研究发现病毒复制元件并未影响莱茵衣藻的生长、生物量积累和光合作用特性（图4），这表明病毒衍生的复制元件与作为宿主的莱茵衣藻细胞具有良好生物相容性。

该研究相关成果已于2022年11月申报中国发明专利“一种莱茵衣藻叶绿体中附加体质粒的构建方法及其应用（202211501386.5）”和PCT国际专利（PCT/CN2022/138084）。

深圳大学生命与海洋科学学院2023级博士研究生江亚男为该论文第一作者，胡章立为该论文通讯作者。课题组副教授贾彬、张桂英博士、王松博士、Ali Raza博士、吴莎博士、郭春立博士、硕士研究生刘想、刘颖颀和罗继旭为论文主要合作者，深圳大学为论文第一完成单位。深圳大学龙华生物产业创新研究院、韩山师范学院广东省粤东药食资源功能物质与治未病研究重点实验室、四川大学考古学研究中心、东南大学生命科学与技术学院、东北农业大学园艺与景观建筑学院等为合作完成单位。

该研究得到国家自然科学基金项目（32273118）、国家重点研发计划合成生物学重点专项项目（2018YFA0902500）、深圳市可持续发展专项基金项目（KCXFZ20211020164013021）、深圳市发展和改革委员会基金项目（XMHT20220104019）、深圳大学合成生物学研究中心和深圳大学2035卓越科研计划项目（2022B010）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132784