類胡蘿卜素是一大類自然界天然存在的有色物質(zhì)，廣泛分布于植物、藻類、真菌和細菌中。其作為一種強效的抗氧化劑，廣泛應用于營養(yǎng)品、食品和化妝品等行業(yè)。當前，工業(yè)生產(chǎn)類胡蘿卜素主要是通過化學合成或者天然提取，但由于其復雜的結(jié)構(gòu)導致其化學合成困難；原料供應不穩(wěn)定、得率低等導致天然提取成本較高。釀酒酵母本身并不能合成類胡蘿卜素，但利用重組釀酒酵母進行類胡蘿卜素合成已有大量研究。在已有研究中，大部分集中在基于已有文獻報道進行不斷優(yōu)化，報道新改造靶點并不多見。受限于我們對微生物細胞系統(tǒng)復雜性的了解，新靶點的發(fā)現(xiàn)還是相當困難。而適應性進化為新靶點的發(fā)現(xiàn)提供了一個有效手段，但適應性進化的成敗關(guān)鍵在于定向選擇和高通量篩選。
近日，廣東省科學院微生物研究所朱紅惠研究員團隊在《生物資源與生物加工》（Bioresources and Bioprocessing）上發(fā)表了題為《乙醇脅迫介導適應性進化提高釀酒酵母類胡蘿卜素合成能力》（Identification of a novel metabolic engineering target for carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae via ethanol-induced adaptive laboratory evolution）的研究性論文。該研究基于已知釀酒酵母乙醇耐受性機理（與細胞膜有關(guān)）及類胡蘿卜素儲存于細胞膜的特性，推測在提高釀酒酵母乙醇耐受性過程中，細胞膜可能會產(chǎn)生變化，當細胞膜的改變與類胡蘿卜素儲存達到一個契合點時，就會促進類胡蘿卜素的合成。因此，在釀酒酵母細胞內(nèi)構(gòu)建了一套乙醇脅迫介導的實驗室適應性進化，并成功應用于類胡蘿卜素的生物合成，獲得了一株含量提高5.1倍的突變株M3。借助基因組和轉(zhuǎn)錄組學，成功鑒定出PFK1失活突變是變異菌株類胡蘿卜素合成能力提高的主要原因。此研究成果為利用合適的脅迫壓力進行適應性進化，篩選獲得有益突變并揭示變異的分子機制提供了一個典型案例。
廣東省科學院微生物研究所的蘇卜利博士為本研究的第一作者，朱紅惠研究員和鄧名榮副研究員為共同通訊作者。本研究得到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目和廣東省科技計劃項目的資助。
原文鏈接：https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00402-5
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