Journal of Agricultural and Food Chemistry|陈坚院士团队周景文教授课题组研究成果：在解脂亚洛酵母中从头合成叶黄素
来源：食品合成生物学与生物制造团队
文图：秦志磊 审核：汪超 发布日期：2024-03-14 查看次数： 次
近日，Journal of Agricultural and Food Chemistry在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队周景文教授课题组的研究成果“De Novo Biosynthesis of Lutein in Yarrowia lipolytica” (Qin et al.,J. Agric Food. Chem. 2024，2，27)。江南大学2021级硕士生秦志磊为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。
叶黄素(lutein)是一种广泛存在于植物和藻类的四萜类胡萝卜素，它是人眼视网膜黄斑区域的主要色素，具有显著的营养价值。同时，作为营养强化剂和天然色素，叶黄素在保健食品、化妆品和医药行业越来越受到重视。当前叶黄素市场化的主要来源是从万寿菊提取，但该方法存在生产效率低、提取成本高和污染环境等问题，不符合绿色发展理念。相对而言，用细胞工厂合成叶黄素是一个绿色、可持续的生产方式，是一个可以替代传统植物提取的有效策略。以往研究已经证明模式微生物能够异源合成叶黄素，但研究中存在的问题也很明显，如前体不足，叶黄素产量低和解脂亚洛酵母生产叶黄素的研究较少等。这些因素限制了类胡萝卜素在微生物工厂中的高效合成。
因此，针对以上问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员利用代谢工程策略在解脂亚洛酵母中从头合成叶黄素 (图1)。首先，引入异源的番茄红素合成基因并对MVA途径的关键基因进行了强化，构建了生产番茄红素前体菌株(图2)。通过引入异源的β-环化酶和ε-环化酶促进了α-胡萝卜素的合成(图3)。然后，将α-胡萝卜素合成酶定位至脂滴和内质网等亚细胞器，促进了底物的转化(图4)。随后，通过截短羟化酶N端转运肽、将叶黄素合成酶靶向亚细胞器，实现了叶黄素在解脂亚洛酵母的从头合成，此时其产量为75.25 mg/L(图5)。最后，通过添加抗氧化剂BHT，在5-L发酵罐上扩大培养，叶黄素的产量达到675.40 mg/L (图6)。这是目前报道的微生物合成叶黄素的最高产量，为微生物合成胡萝卜素类化合物提供了重要的参考。
上述研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目(32021005)的资助。
图1 解脂亚洛酵母异源合成叶黄素的路径构建
图2 将OluLCY进行亚细胞定位促进α-胡萝卜素的积累
图3 添加抗氧化剂BHT提高叶黄素产量
（编辑：潘梦妍）
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