高产橙花叔醇的酵母细胞工厂创建(1)
[摘要]橙花叔醇为萜类精油成分，具有抗菌、抗肿瘤和抗氧化等多种生物学活性。为了实现在酿酒酵母中异源生产橙花叔醇，该研究首先将猕猴桃Actinidia chinensis来源的橙花叔醇合酶(NES)基因通过密码子优化、人工合成后转入底盘菌株FPP001中获得工程菌株NES001，其橙花叔醇产量达到271 mg·L-1。在进一步工作中，橙花叔醇合酶的N端通过连接肽GGGS 融合法尼烯合酶(FPS)后得到橙花叔醇产量显著提高的工程菌NES002，其产量是NES001的5980倍，达到16207 mg·L-1。最终，通过恢复NES002中色氨酸生物合成缺陷基因TRP1得到工程菌NES003，该菌在高密度发酵体系中橙花叔醇产量能达到1 71153 mg·L-1。该研究为微生物发酵法生产橙花叔醇等倍半萜化合物提供了基础。
[关键词]精油；橙花叔醇；合成生物学；酿酒酵母
Construction of cell factories for high production of nerolidol
, http://www.100md.com
in Saccharomyces cerevisiae
ZHANG Lili1，2，3， MA Xiaolin1，2，3， WANG Dong2，3， YU Peng1， HUANG Luqi4， ZHANG Xueli2，3*， DAI Zhubo2，3*
(1 College of Biotechnology， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300457， China；
2.Tianjin Institute of Industrial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；
3.Key Laboratory of Systems Microbial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；
, 百拇医药
4 State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China)
[Abstract]Nerolidol is an important constituent of terpenoid essential oil and has excellent antitumor， antibacterial， and antioxidative properties For realizing heterogenous production of nerolidol， our research firstly integrated the codonoptimized Actinidia sinensis nerolidol synthase gene (NES) into the terpenoid chassis strain FPP001， and obtained NES001 that could produce 271 mg·L-1 nerolidol Then， the Nterminal of the NES was fused with FPS by linker peptide GGGS With this strategy， nerolidol production improved by 5980fold， reaching 16207 mg·L-1 Finally， by introduction of auxotrophic marker TRP1 in NES002， the resulting strain NES003 could produce 1 71153 mg·L-1 by high cell density fermentation method This study provides the basis for the fermentative production of nerolidol and other sesquiterpenoids
, http://www.100md.com
[Key words]essential oils； nerolidol； synthetic biology； Saccharomyces cerevisiae
橙花叔醇(nerolidol)是具有芳香性的倍半萜精油成分[1]，主要存在于中藥降香，陈皮等100多种香料植物中[2]。由于橙花叔醇特殊的香味，可用于配制玫瑰型、紫丁香型等多种花香型日化香精，被广泛应用于化妆品和洗涤领域；同时橙花叔醇具有抗疟疾[3]，抗肿瘤[4]，抗溃疡[5]，抗氧化[6]和抗菌[7]等多种生物活性，已被美国食品和药物管理局批准作为食品调味剂[8]。目前，橙花叔醇的传统获得方法是从植物精油中浓缩、浸取而得，由于该方法存在提取效率低、浪费植物资源、破坏生态环境等问题，不符合可持续发展的要求[9]。
近年来，利用合成生物学的原理，设计和改造微生物菌株来生产青蒿素，人参皂苷等中药有效成分已被认为是一种很有潜力的方法[1012]。酿酒酵母由于其遗传背景清晰、遗传改造技术和发酵方法成熟，已经被广泛应用到构建合成萜类化合物的底盘菌中。在酿酒酵母中，乙酰辅酶A在MVA途径7个酶的催化下，可生成所有萜类化合物合成的前体物质异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)。在倍半萜化合物生物合成途径中，IPP和DMAPP可在法呢基焦磷酸合成酶(FPS)的作用下生成倍半萜类化合物的合成前体法呢烯基焦磷酸(FPP)，FPP可在不同倍半萜合成酶的催化作用下生成橙花叔醇等各种倍半萜化合物，见图1。, 百拇医药(张丽丽马晓琳王冬郁彭黄璐琦张学礼戴住波)
[关键词]精油；橙花叔醇；合成生物学；酿酒酵母
Construction of cell factories for high production of nerolidol
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in Saccharomyces cerevisiae
ZHANG Lili1，2，3， MA Xiaolin1，2，3， WANG Dong2，3， YU Peng1， HUANG Luqi4， ZHANG Xueli2，3*， DAI Zhubo2，3*
(1 College of Biotechnology， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300457， China；
2.Tianjin Institute of Industrial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；
3.Key Laboratory of Systems Microbial Biotechnology， Chinese Academy of Sciences， Tianjin 300308， China；
, 百拇医药
4 State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China)
[Abstract]Nerolidol is an important constituent of terpenoid essential oil and has excellent antitumor， antibacterial， and antioxidative properties For realizing heterogenous production of nerolidol， our research firstly integrated the codonoptimized Actinidia sinensis nerolidol synthase gene (NES) into the terpenoid chassis strain FPP001， and obtained NES001 that could produce 271 mg·L-1 nerolidol Then， the Nterminal of the NES was fused with FPS by linker peptide GGGS With this strategy， nerolidol production improved by 5980fold， reaching 16207 mg·L-1 Finally， by introduction of auxotrophic marker TRP1 in NES002， the resulting strain NES003 could produce 1 71153 mg·L-1 by high cell density fermentation method This study provides the basis for the fermentative production of nerolidol and other sesquiterpenoids
, http://www.100md.com
[Key words]essential oils； nerolidol； synthetic biology； Saccharomyces cerevisiae
橙花叔醇(nerolidol)是具有芳香性的倍半萜精油成分[1]，主要存在于中藥降香，陈皮等100多种香料植物中[2]。由于橙花叔醇特殊的香味，可用于配制玫瑰型、紫丁香型等多种花香型日化香精，被广泛应用于化妆品和洗涤领域；同时橙花叔醇具有抗疟疾[3]，抗肿瘤[4]，抗溃疡[5]，抗氧化[6]和抗菌[7]等多种生物活性，已被美国食品和药物管理局批准作为食品调味剂[8]。目前，橙花叔醇的传统获得方法是从植物精油中浓缩、浸取而得，由于该方法存在提取效率低、浪费植物资源、破坏生态环境等问题，不符合可持续发展的要求[9]。
近年来，利用合成生物学的原理，设计和改造微生物菌株来生产青蒿素，人参皂苷等中药有效成分已被认为是一种很有潜力的方法[1012]。酿酒酵母由于其遗传背景清晰、遗传改造技术和发酵方法成熟，已经被广泛应用到构建合成萜类化合物的底盘菌中。在酿酒酵母中，乙酰辅酶A在MVA途径7个酶的催化下，可生成所有萜类化合物合成的前体物质异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)。在倍半萜化合物生物合成途径中，IPP和DMAPP可在法呢基焦磷酸合成酶(FPS)的作用下生成倍半萜类化合物的合成前体法呢烯基焦磷酸(FPP)，FPP可在不同倍半萜合成酶的催化作用下生成橙花叔醇等各种倍半萜化合物，见图1。, 百拇医药(张丽丽马晓琳王冬郁彭黄璐琦张学礼戴住波)