类胡萝卜素是一大类自然界天然存在的有色物质，广泛分布于植物、藻类、真菌和细菌中。其作为一种强效的抗氧化剂，广泛应用于营养品、食品和化妆品等行业。当前，工业生∴产类胡萝卜素主要是通过化学合成或者天然提取，但由于其复杂的结构导致其化学合成困难；原料供应不稳定、得率低等导致天然提取成本较高。酿酒酵母本身并不能合成类胡卐萝卜素，但利用重组酿酒酵母进行类胡萝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献报道进行不断优化，报道新改造靶点并不多见。受限于我们对微生物细胞系统复杂性的了解，新靶点的发现还是相当困难。而适应性进化为新靶点的发现提供了一个有效手段，但适应性进化的成败关键在于定向选择和高通量筛选。
近日，广东省科学院微生物研究所朱红惠研究员团队在《生物资源与生物加工》（Bioresources and Bioprocessing）上发表了题为《乙醇胁迫介导适应性进化提高酿酒酵母类胡萝卜素合成能力》（Identification of a novel metabolic engineering target for carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae via ethanol-induced adaptive laboratory evolution）的研究性论文。该研究基于已知酿酒酵母乙醇耐受性机理（与细胞膜有〗关）及类胡萝卜素储存于细胞膜的特性，推测在提高酿酒酵母乙醇耐受性过程中，细胞膜可能会产生变化，当细胞膜的改变与类胡萝卜素储存达到一个契合点时，就会促进类胡萝卜素的合成。因此，在酿酒酵母细胞内构建了一套乙醇胁迫介导的实验室适应性进化（图1），并成功应用于类胡萝卜素的生物合成，获得了一株含量提高5.1倍的突变株M3。借助基因组和转录组学，成功鉴定出PFK1失活突变是变异菌株类胡萝卜素〇合成能力提高的主要原因。此研究成果为利用合适的胁迫压力进行适应性进化，筛选获得有益突变并揭示变异的分子机制提供了一个典型案例。
图1 乙醇胁迫介导适应性进化示意图
图2 M3菌株类胡萝卜素合成▲能力及生长性能
图3 逆向代谢工程确定突变位点
图4 转录组分析
广东省科♀学院微生物研究所的苏卜利博士为本研究的第一作者，朱红惠研究员和邓名荣副研究员为共同通讯作者。本研究得到广东省重点领域研发♀计划项目和广东省科技计划项目的资助。
原文链接：https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00402-5
