近日，中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种研究团队在螺旋藻基因编辑研究方面取得新进展。该研究团队利用基因编辑技术成功敲除了钝顶螺旋藻中的pilA基因，系统揭示了该基因在调控胞外多糖合成、细胞聚集中的关键作用。相关研究成果在Journal of Oceanology and Limnology发表。

螺旋藻因富含蛋白质、藻蓝蛋白和胞外多糖等高值化合物，在食品、饲料及医药领域应用广泛，胞外多糖尤其展现出巨大的应用潜力。然而，目前关于钝顶螺旋藻的Ⅳ型菌毛系统（T4P）与胞外多糖合成之间是否存在协同关系尚不明确。该团队以钝顶螺旋藻FACHB-439为材料，成功敲除了T4P关键编码基因——pilA。表型研究发现，ΔpilA藻株在静置条件下更易聚集，且丧失自主运动能力，在单向光照条件下无法向光源方向迁移；在相对高光条件下，ΔpilA藻株胞外多糖产量显著提升，最高可达53.61 ± 4.25 mg/g，约为野生型的1.81倍。转录组学分析结果显示，ΔpilA藻株与野生型之间的差异表达基因主要富集于生物合成、物质转运以及碳代谢通路等途径，特别是参与单糖前体合成、多糖合成与分泌的多个关键基因在ΔpilA藻株中显著上调。研究揭示了钝顶螺旋藻T4P系统关键亚基PilA在介导胞外多糖合成及细胞聚集中的关键作用。

图 钝顶螺旋藻敲除pilA基因后的分子及表型验证

海洋所在螺旋藻研究方面历史悠久。“七五”期间，我所曾呈奎院士和水生生物研究所黎尚豪院士共同主持了国家重点科技攻关项目“藻类饲料蛋白开发”，成功突破了螺旋藻养殖关键技术难关，取得了丰硕成果，成为螺旋藻产业化进程中的重要里程碑。随后，在原国家科委的领导下，国内相关科研单位、高校和企业协同发力，不断优化养殖技术和培育新品系，有力推动了螺旋藻产业的健康可持续发展，使我国一跃成为全球最大的螺旋藻生产国，产量占世界总产量的70%~80%。在曾呈奎院士的指导下，中国科学院海洋研究所藻类光合作用研究组（现为藻类生理过程与精准分子育种研究组）时任组长周百成研究员带领团队，在螺旋藻培养和水产饲料应用研究方面取得重要进展，“海珍品饲料新技术研究”于1995年获中国科学院科技进步奖二等奖。

优良品种的培育是推动螺旋藻产业化发展的关键环节。利用诱变等传统育种技术培育的螺旋藻品种在产业中发挥了重要作用。随着生物技术的迅猛发展，基因编辑等新兴技术为育种领域带来了革命性突破，有力推动了精准设计育种的发展。然而，我国经济藻类精准设计育种仍处于起步阶段，在螺旋藻领域表现得尤为明显。基因编辑技术的成功应用，标志着螺旋藻产业正加速迈向精准化、高端化和定制化发展新阶段。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所硕士研究生韩雨茜和解修俊副研究员，通讯作者为王广策研究员。该研究工作由中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划等项目联合资助。

论文信息：

Yuxi Han#, Xiujun Xie#, Songcui Wu, Shurui Wang, Shan Gao, Wenhui Gu, Guangce Wang*. Knockout of pilA gene in Spirulina platensis enhances the exopolysaccharide production and auto-aggregation. J. Ocean. Limnol. (2026). https://doi.org/10.1007/s00343-025-5336-1