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“Engineering Saccharomyces cerevisiae for Efficient Liquiritigenin Production” (Deng et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry 2025, 73, 8, 4787-4796)。江南大学2022级博士生邓汉宁为论文第一作者，周景文教授为论文通讯作者。
甘草素是一种天然类黄酮化合物，主要存在于甘草属植物中，具有多种生物活性。同时，甘草素也被认为是几种重要黄酮醇和异黄酮的前体。这些特性使甘草素成为制药、营养保健品和合成生物学应用中相当值得关注的化合物。甘草素通常从甘草植物中提取，然而该工艺通常受到原材料供应有限、产量低和纯化过程复杂等因素的限制。尽管努力在微生物中实现了甘草素合成途径的异源重建，但甘草素生产能力仍然处于较低的水平。
为了摆脱传统植物提取的限制，保护甘草资源，高效地合成甘草素。研究团队采取了多项合成生物学举措，以提升酿酒酵母异源合成甘草素的效率。首先，为了适应异源途径的引入，研究重构酵母调控网络实现了对工程菌株的生长与生产阶段的解耦合，以胡萝卜素的显色为表征，将酿酒酵母半乳糖诱导系统与酿酒酵母二次生长现象结合，实现随发酵过程的进行而自发地生产与生长阶段的切换。工程菌株Jn07在SD平板和液体培养基中均表现出强于以往Δgal80菌株的生产和解耦能力。在此基础上，研究将调控网络应用于先前构建的柚皮素生产菌株中，引导柚皮素通量流向甘草素，通过将调控网络引入柚皮素生产菌株中并进行微调，实现柚皮素产量的提升，之后以多拷贝整合的形式引入甘草素合成的关键基因CHR实现了甘草素的从头合成。此外，探究了在代谢工程层面上限制甘草素合成的因素，确定NADPH在甘草素合成中的关键作用，通过构建双通道辅因子供应体系突破甘草素合成的代谢瓶颈，提高甘草素/柚皮素的合成比例至1.76。最后，研究还提出了利用内源性代谢化合物指导异源产物合成的思想，分析酵母的代谢网络，发现芳香酯类化合物与黄酮类化合物的前体共享性，通过阻断芳香酯的合成提高了总黄酮的产量，之后通过发酵罐水平的优化合成了867.67 mg/L甘草素。通过底盘细胞重塑、辅因子供应调节和全局代谢优化等多种创新手段，研究团队为天然产物的微生物合成提供了新的理论框架和实践指导，并为实际天然产物生产和植物保护提供了高效、可持续的合成生物学解决方案。
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 重构酿酒酵母调控网络
图2 引导柚皮素合成通量用于合成甘草素
图3 用于指导黄酮类物质合成的内源代谢物替代模型及甘草素的发酵罐生产
（编辑：潘梦妍）
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