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(xì)菌中。其作為一種強(qiáng)效的抗氧化劑，廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)品、食品和化妝品等行業(yè)。當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)類胡蘿卜素主要是通過化學(xué)合成或者天然提取，但由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其化學(xué)合成困難；原料供應(yīng)不穩(wěn)定、得率低等導(dǎo)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(jìn)行類胡蘿卜素合成已有大量研究。已有研究大部分集中在基于已有文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行優(yōu)化，報(bào)道新改造靶點(diǎn)并不多見。

　　近日，省科學(xué)院微生物研究所朱紅惠研究員團(tuán)隊(duì)基于已知釀酒酵母乙醇耐受性機(jī)理（與細(xì)胞膜有關(guān)）及類胡蘿卜素儲(chǔ)存于細(xì)胞膜的特性，推測(cè)在提高釀酒酵母乙醇耐受性過程中，細(xì)胞膜可能會(huì)產(chǎn)生變化，當(dāng)細(xì)胞膜的改變與類胡蘿卜素儲(chǔ)存達(dá)到一個(gè)契合點(diǎn)時(shí)，就會(huì)促進(jìn)類胡蘿卜素的合成。因此，在釀酒酵母細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建了一套乙醇脅迫介導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性進(jìn)化（圖1），并成功應(yīng)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(xué)，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。

　　受限于人們對(duì)微生物細(xì)胞系統(tǒng)復(fù)雜性的了解，發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)的工作面臨諸多困難。適應(yīng)性進(jìn)化為新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)有效手段，但適應(yīng)性進(jìn)化的成敗關(guān)鍵在于定向選擇和高通量篩選。本研究為利用合適的脅迫壓力進(jìn)行適應(yīng)性進(jìn)化，篩選獲得有益突變并揭示變異的分子機(jī)制提供了一個(gè)典型案例。

　　研究成果發(fā)表在期刊Bioresources and Bioprocessing上，微生物研究所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(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

　　論文信息：Su, B., Li, A., Deng, M. R., & Zhu, H. (2021). Identification of a novel metabolic engineering target for carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae via ethanol-induced adaptive laboratory evolution. Bioresources and Bioprocessing, 8(1), 1-10.

　　原文鏈接：

　　https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00402-5

　　圖1 乙醇脅迫介導(dǎo)適應(yīng)性進(jìn)化示意圖

　　圖2 M3菌株類胡蘿卜素合成能力及生長(zhǎng)性能

　　圖3 逆向代謝工程確定突變位點(diǎn)

　　圖4 轉(zhuǎn)錄組分析

　　（省科學(xué)院微生物研究所 蘇卜利/供稿）