Análisis transcriptómico asociado a la producción de lípidos en Chlorella vulgaris y Scenedesmus acutus por efecto de la luz azul y roja

Abstract

El uso de microalgas como materia prima para la producción de biocombustibles representa una alternativa sostenible frente a los combustibles fósiles. La manipulación de las condiciones de cultivo, como la calidad de la luz, puede optimizar la acumulación de lípidos, pero los mecanismos moleculares subyacentes no se comprenden completamente. Este estudio tuvo como objetivo analizar el transcriptoma de Chlorella vulgaris y Scenedesmus acutus en respuesta a la fotoestimulación con luz LED azul (400-500 nm) y roja (650-700 nm), en comparación con luz blanca de amplio espectro, para identificar las rutas metabólicas asociadas a la producción de lípidos. Se evaluaron parámetros cinéticos, contenido de clorofila, lípidos neutros y totales, y perfil de ácidos grasos. Posteriormente, se realizó un análisis de secuenciación de ARN (RNA-Seq) para obtener los perfiles de expresión génica diferencial. Los resultados mostraron que, aunque la biomasa final no varía significativamente, la tasa máxima de crecimiento específico (μMax) fue mayor bajo luz azul. Contrario a lo esperado, el contenido de lípidos no aumentó bajo luz azul en las condiciones estudiadas. Sin embargo, el análisis transcriptómico reveló una reprogramación masiva del metabolismo celular. La luz azul indujo la sobreexpresión de genes clave en la biosíntesis de lípidos como KAS y BCR en C. vulgaris en el día 12, coincidiendo con la transición a la fase estacionaria. En S. acutus, la luz azul y roja aumentaron la proporción de ácidos grasos poliinsaturados, lo que se correlacionó con la sobreexpresión del gen de la desaturasa. El análisis funcional del transcriptoma mostró un enriquecimiento significativo en categorías de transcripción y traducción, sugiriendo que la luz actúa como una señal regulatoria maestra que reconfigura la maquinaria informacional de la célula, preparándola para un nuevo estado metabólico. Se concluye que la luz azul modula la respuesta lipogénica de manera dependiente del estado fisiológico del cultivo, actuando como un potenciador de la respuesta al estrés nutricional más que como un inductor directo.

The use of microalgae as a feedstock for biofuel production represents a sustainable alternative to fossil fuels. Manipulating cultivation conditions, such as light quality,can optimize lipid accumulation, but the underlying molecular mechanisms are not fully understood. This study aimed to analyze the transcriptome of Chlorella vulgaris and Scenedesmus acutus in response to photostimulation with blue (400-500 nm) and red (650-700 nm) LED light, compared to broad-spectrum white light, to identify metabolic pathways associated with lipid production. Kinetic parameters, chlorophyll content, neutral and total lipids, and fatty acid profiles were evaluated. Subsequently, RNA sequencing (RNA-Seq) analysis was performed to obtain differential gene expression profiles. Physiological results showed that although final biomass did not vary significantly, the maximum specific growth rate (μMax) was higher under blue light. Contrary to expectations, lipid content did not increase under blue light in the studied conditions. However, the transcriptomic analysis revealed a massive reprogramming of cellular metabolism. Blue light induced the overexpression of key lipid biosynthesis genes such as KAS and BCR in C. vulgaris on day 12, coinciding with the transition to the stationary phase. In S. acutus, blue and red light increased the proportion of polyunsaturated fatty acids, which correlated with the overexpression of the desaturase gene. Functional analysis of the transcriptome showed significant enrichment in transcription and translation categories, suggesting that light acts as a master regulatory signal that reconfigures the cell's informational machinery, preparing it for a new metabolic state. It is concluded that blue light modulates the lipogenic response in a manner dependent on the physiological state of the culture, acting as an enhancer of the nutritional stress response rather than adirect inducer.