Date of Award

6-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Synan F. AbuQamar

Second Advisor

Rabah Iratni

Abstract

The increase in palm oil consumption and production has resulted in removing up to 90% of trees in some tropical forests. The green microalgae Chloroidium sp. UTEX 3007 can be an alternative sustainable source of palm oil due to its high palmitic acid content. The objective of this study was to generate a mutant Chloroidium population that is capable of producing and accumulating elevated levels of palmitic acid and to characterize the obtained populations’ lipid contents. The palmitic acid production optimization in Chloroidium sp. UTEX 3007 was conducted via a workflow of ultraviolet (UV) mutagenesis and sorting of high-lipid producing mutants with Fluorescence-Activated Cell Sorting (FACS). The mutants’ lipid composition for increased palmitic acid content was analyzed by ultra-high-performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-QToF-MS). Four iterative rounds of mutagenesis combined with FACS resulted in four mutant populations with increased lipid contents. Analysis of the mutant populations extracted lipids by UHPLC-QToF-MS showed a significant increase in palmitic acid compared to the parental strain. The metabolomic analysis of the fourth-mutant population’s lipids showed higher palmitic acid and malonyl-CoA. The latter is a precursor building block for palmitic acid as well as an inhibitor of fatty acid oxidation. Triacylglycerol (TAG) neutral lipids were higher in R4. The increase of malonyl-CoA may explain higher TAG and palmitic acid in R4. Importantly, other morphological characteristics and growth rates of the mutant population were not significantly affected. The iterative rounds of UV combined with FACS resulted in mutant populations with higher palmitic content than the wild-type strain. Individual cells isolated from these mutant populations may be further analyzed for their lipidomics and genomic alterations to identify promising candidates for palm oil alternative production.

Arabic Abstract


تحسین إنتاج حمض البالمتیك في Chloroidium sp. UTEX 3007 كمصدر مستدام لبديل زيت النخيل

أدت الزیادة في استھلاك زیت النخیل و إنتاجه إلى إزالة ما یصل إلى ٪90 من الأشجار في بعض الغابات الاسـتوائیة. الطحالب الدقیقة الخضـراء كلورودیوم یو تي إي إكس3007 (Chloroidium sp. UTEX 3007) يمكن أن تكون مصدراً بديلاً مستداماً لزيت النخيل نظراً لاحتوائها على نسبة عالية من حمض البالمتيك. كان الھدف من هذه الدراسة ھو انتاج خلایا متحولة من الكلورودیوم قادرة على إنتاج وتراكم مسـتویات مرتفعة من حمض البالماتیك و تحلیل صـفات الدھون فیھا. تحسـین إنتاج حمض البالمتیك في Chloroidium sp. UTEX 3007 تم من خلال عمل طفرات بالإشــعاعات فوق البنفســجیة (UV) وفرز الطفرات المنتجة للدھون العالیة باســتخدام الفرز الخلوي المنشــط الفلوریســــنـت (FACS) وتحلیـل تركیبـة الـدھون للطفرات لزیـادة محتوى حمض البـالمتیـك عن طریق (UHPLC-QtoF-MS). أدت أربع جولات متكررة من الطفرات المتتالیة مع FACS إلى أربعة مجموعات من الخلایا المتحولة مع زیادة محتوى الدھون. أظھر تحلیل التجمعات المتحولة للدھون المســـتخرجة بواســـطة UHPLC-QtoF-MS زیادة في حمض البالمتیك مقارنة بالطحلب البري. أظھر التحلیل الأیضـــي للدھون للمجموعة الطافرة الرابعة ارتفاع في حمض البـالمتیـك ومـالونیـل كو اي (malonyl-CoA). ھـذا الأخیر ھو لبنـة بنـاء تمھیـدیـة لحمض البـالمتیـك و كـذلـك مثبط لأكســــدة الأحمـاض الـدھنیـة. كـانـت الـدھون المحـایـدة (TAG)Triacylglycerol أعلى في المجموعـة الطـافرة الرابعة. قد تفسـر زیادة malonyl-CoA في ارتفاع TAG وحمض البالمتیك في المجموعة الطافرة الرابعة. الأھم من ذلـك، لم تتـأثر الخصــــائص المورفولوجیـة الأخرى ومعـدلات النمو للمجموعـة الطـافرة الرابعـة بشــــكـل كبیر. تكرار تعریض الطحالب الدقیقة للأشـعة فوق البنفسـجیة المتتالیة مع الفرز الخلوي المنشـط الفلوریسـنت نتج عن مجموعات خلویة متحولة ذات محتوى بالمیتیك أعلى من ســلالة النوع البري. یمكن تحلیل الخلایا المعزولة من ھذه المجموعات المتحولة لتحدید التحولات في مركباتھا الدھنیة والطفرات الجینیة لتكون مصدر بدیل لإنتاج زیت النخیل.

Download
COinS