Recently, biodiesel has gained increasing attention as the substitute for petrole-um-based fuels. Microalgae have been considered as an alternative feedstock for biodiesel due to their ability such as high lipid contents and rapid growth. However, it is necessary to fur-ther develop microalgal strains by understanding the genes controlling lipid accumulation in microalgae for enhanced biodiesel production. The main objective of present study is the im-provement of microalgal strains for improved lipid production by using random mutagenesis and targeted genetic manipulation.
In this study, the mutant strains, CR12 and CR48, were generated by random muta-genesis of Chlamydomonas reinhardtii wild-type. CR12 strain displayed the phenotype of in-creased lipid content as lipid while CR48 had decreased lipid content compared to the wild type strain of C. reinhardtii. To gain molecular insights on the phenotypes of the mutant strains, a proteomics analysis was conducted to investigate the differences in the patterns of protein expression between mutants and wild type strains. Based on the result from prote-omics study, the proteins up- or down-regulated at least 2-fold either in wild-type or CR12 or CR48 were identified. Our results indicate a possibility of identifying additional genes that might belong to other pathways that are not directly linked to the lipid biosynthesis in micro-algae.
Additionally, we attempted to understand signaling pathways behind lipid biosynthe-sis. MAP kinase plays a decisive role in intracellular signaling transduction and has an influ-ence on the control of processes such as differentiation, stress reactions, development, and apoptosis. In this study, repression of MAP kinase gene expression using RNA interference resulted in increased level of lipid content in microalgae.
화석에너지의 고갈로 인한 에너지 위기와 지구온난화로 인한 환경문제가 고조되고 있는 가운데, 가장 실용적인 대안으로서 미세조류를 활용한 바이오디젤 생산에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 미세조류는 빠른 성장속도와 높은 지질생산성으로 인하여 바이오디젤의 원료로서 각광받고 있지만, 기술적인 문제와 높은 생산비용은 미세조류 기반의 바이오디젤을 상용화에 있어 여전히 문제가 되고 있다. 따라서 형질전환을 통한 우수 균주의 개발은 필수적이며, 이를 통하여 바이오디젤 생산 과정의 효율을 높이고 비용을 대폭 절감한다면 바이오디젤 기반사회의 초석을 다질 수 있을 것이다. 본 연구에서는 돌연변이 유발과 형질전환의 생명공학적 기술을 이용하여 높은 지질함량의 미세조류 균주를 개발하고, 미세조류 지질대사에 대해 근본적으로 접근함으로써 바이오디젤의 생산성을 향상시키고자 하였다.
미세조류의 유전학적 모델인 Chlamydomonas reinhardtii 야생형에 돌연변이를 유발함으로써 높은 지질함량과 낮은 지질함량의 표현형을 가지는 돌연변이 CR12와 CR48을 각각 획득하였다. CR12의 경우 47%의 지질생산성의 증가를 보임으로써 우수균주임을 확인하였고, 이를 낮은 지질함량의 돌연변이CR48과 기존의 야생형과의 단백질 발현 정도를 분석함으로써 지질생합성과 관련된 유전자의 정보를 획득하고자 하였다. 프로테오믹스 분석을 통하여 야생형과 CR12 CR48에서 각각 2배 이상 과발현, 또는 저발현된 단백질이 선정되었으며, 질량분석 결과 광합성과 지질합성에 관련된 단백질이 확인되었다. 이는 미세조류의 지질대사를 이해하는 데에 많은 도움이 될 것으로 생각된다.
본 연구에서는 돌연변이 유발뿐만 아니라, 유전자의 발현을 조절하여 미세조류의 지질대사를 조절하고자 하였다. MAP 인산화 효소의 발현을 억제시킴으로써 미세조류의 지질함량을 증대시키고, 더 나아가 미세조류에서 지질대사와 MAP 인산화 효소 신호 전달 사이의 관계를 규명하고자 하였다. MAP 인산화 효소는 신호전달에 관련된 것으로서, 환경변화에 따라 여러 가지 생물학적 기작를 조절하고, 곧 지질 대사에 영향을 미칠 수 있다. 화학적 유전학 실험을 통하여 MAP 인산화 효소의 신호전달은 지질 대사에 부정적인 영향을 미친다는 결론을 얻었으며, 이를 바탕으로 RNA 간섭을 통하여 MAP 인산화 효소의 발현을 억제함으로써 지질 함량이 높은 미세조류를 획득하고자 하였다. MAP 인산화 효소가 하향 조절된 형질환체 MK6과 MK14의 지질함량은 약 27%증가하였으며, 동시에 MAP 인산화 효소의 mRNA발현량은 각각 94%, 75% 감소하였다. 이를 통하여 MAP인산화 효소의 신호전달은 미세조류의 지질대사에 부정적인 영향을 미침을 확인하였다.
