Le microalghe sono organismi unicellulari che svolgono un ruolo fondamentale nella fotosintesi globale e nella produttività primaria. Grazie alla loro capacità di crescere rapidamente e di tollerare elevate concentrazioni di anidride carbonica, le microalghe sono considerate delle cellule “chassis” promettenti nell’ambito della biologia sintetica. In particolare, la specie Nannochloropsis oceanica è nota per la sua robustezza e l’efficienza nella coltivazione all’aperto, offrendo vantaggi come una rapida crescita, una forte tolleranza all’anidride carbonica, una robusta sintesi di lipidi e acidi grassi insaturi di alta qualità. Con un genoma di dimensioni ridotte (circa 30 Mb) e di natura aploide, Nannochloropsis oceanica permette una manipolazione genetica flessibile, con un’elevata efficienza di editing.
Il ruolo della metilazione 6mA nell’espressione genica
La metilazione del DNA N6-metiladenina (6mA) è una modifica epigenetica importante che regola l’accumulo di lipidi in Nannochloropsis oceanica. Utilizzando la tecnica di sequenziamento in tempo reale a singola molecola, i ricercatori dell’Istituto di Bioenergia e Biotecnologia di Qingdao (QIBEBT) dell’Accademia Cinese delle Scienze hanno rivelato l’intero paesaggio genomica della metilazione 6mA di Nannochloropsis oceanica. I risultati evidenziano l’arricchimento preferenziale di 6mA nel motivo AGGYV, livelli elevati all’interno dei trasposoni e delle regioni 3′ non tradotte, e un’associazione stretta con la trascrizione attiva.
Gli effetti della modifica dei livelli di 6mA
Per indagare ulteriormente gli effetti della 6mA, i ricercatori hanno eliminato il gene della metiltransferasi 6mA (NO08G00280), risultando in modelli di metilazione alterati e cambiamenti nell’espressione di geni chiave associati al cofattore del molibdeno, ai trasportatori di solfato, alla glicosil transferasi, alla lipasi e alla metionina solfossido reduttasi, portando infine a una diminuzione della biomassa e della produzione di olio. Al contrario, l’eliminazione del gene della demetilasi (NO06G02500) ha portato a un aumento dei livelli di 6mA e a una crescita rallentata.
Potenziale per applicazioni industriali
Queste scoperte forniscono intuizioni sull’uso delle modifiche epigenomiche del genoma per aumentare l’efficienza della produzione di biomassa e lipidi nelle microalghe industriali. Lo studio fa parte dell’iniziativa Nannochloropsis Design & Synthesis (NanDeSyn), che coinvolge 26 gruppi di ricerca di otto paesi, coordinando gli sforzi per far progredire la ricerca sulla selezione molecolare e la biologia sintetica nelle microalghe industriali che fissano il carbonio e producono olio.
Collaborazione internazionale e condivisione delle risorse
Attraverso gli sforzi collaborativi, i ricercatori hanno condiviso liberamente set di dati completi che includono mappe di modificazione epigenetica del genoma 6mA, trascrittomi e mutanti associati in varie condizioni di coltivazione. Queste risorse preziose sono ora disponibili alla comunità scientifica attraverso il sito web di NanDeSyn. L’obiettivo comune è far progredire la ricerca sulle microalghe industriali promuovendo lo scambio di risorse germoplasma, strumenti genetici e informazioni sulla genomica funzionale.
Conclusioni e prospettive future
I risultati di questo studio non solo hanno validato enzimi chiave nel percorso di regolazione epigenetica, ma hanno anche evidenziato il ruolo fondamentale della 6mA nell’accumulo di lipidi in Nannochloropsis in condizioni di luce elevata. Queste scoperte aprono la strada a nuove strategie per aumentare la produzione di biomassa e lipidi nelle microalghe, con potenziali applicazioni industriali nel campo dell’energia rinnovabile e della biotecnologia.
