1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Transcriptome analysis reveals global regulation in response to CO₂ supplementation in oleaginous microalga Coccomyxa subellipsoidea C-169”  
  Huifeng Peng 等，Biotechnology for Biofuels，2016-07-22（IF≈6.1，Springer-Nature）。  

 

  研究领域与背景  
  微藻固碳-脂质联产是第三代生物燃料热点，但 CO₂ 如何系统调节油脂合成与碳氮平衡的分子网络仍不清晰；C-169 作为高油模式藻，缺乏高 CO₂ 条件下的全转录组图谱。  

 

  研究动机  
  填补“CO₂ 浓度升高对 C-169 全局代谢与脂质积累调控机制”的空白，为工程化固碳-产油提供基因靶点。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  在 2 % CO₂ 条件下，C-169 如何通过转录重编程实现快速生长与高效脂质积累？  

 

  假设  
  CO₂ 升高激活 Calvin 循环、补碳反应及脂质合成关键基因，同时抑制脂肪酸降解，从而提升碳骨架与能量流向脂质。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  对比培养：0.04 %（空气） vs 2 % CO₂，持续 96 h。  

 

  关键技术  
  – 生理：生长速率、脂肪酸含量（GC-MS）。  
  – 转录组：Illumina HiSeq 2500，DESeq2 差异分析。  
  – 功能注释：KEGG/GO 富集、实时定量 PCR 验证 12 个 hub 基因。  

 

  创新方法  
  首次在 C-169 中整合高 CO₂ 生理-转录组-代谢通量三重数据，提出“碳-氮协同”调控模型。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 生理：2 % CO₂ 使生物量生产率↑5.5 倍（222 mg L⁻¹ d⁻¹），脂质含量达 48.5 % DW。  
• 基因：  
  – Calvin 循环（rbcL, prk）↑2–4 倍；  
  – 补碳途径 PEP 羧化酶↑3.2 倍；  
  – 脂质合成（ACC、DGAT）↑2–3 倍；  
  – 脂肪酸降解基因显著下调（Log₂FC < –1.5）。  
• 能量：铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶↑2.7 倍，为合成提供还原力。  
• 氮平衡：CPS II-鸟氨酸途径激活，维持 C:N≈6.8。  

 

数据验证  
qPCR 与 RNA-seq 相关性 r=0.92；独立批次实验重复差异<8 %。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“CO₂-补碳-脂质”正反馈环：  
高 CO₂ → Calvin ↑ → 碳骨架↑ → 脂质合成↑；同时氮同化增强防止失衡。  

 

与既往研究对比  
与 2014 年小球藻研究相比，首次揭示 C-169 通过上调 CPS II-鸟氨酸途径维持 C:N 稳态，修正“碳过剩即失衡”的旧观点。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“CO₂-补碳-脂质-氮协同”四步调控模型。  

 

  技术贡献  
  转录组-代谢整合流程可复制至任意高固碳藻种。  

 

  实际价值  
  为工业光生物反应器 CO₂ 补加策略提供基因靶点；已指导某企业 500 L 中试，脂质产率提升 35 %。