柠檬烯是一类来源于植物的单萜类化合物,具有多种生理和药理活性,在医药、食品和化妆品领域都有广泛的应用。通过植物的分离提取来生产柠檬烯受到季节循环以及化学提取造成的环境问题等因素的限制,因此是比较低效的。通过代谢工程和合成生物学策略对工业微生物进行改造,能够为柠檬烯的高效生产提供一条新的途径。酿酒酵母作为细胞工厂,能够实现萜类化合物的低成本合成。在本研究中,我们首先通过共表达GPP合成酶和截短的柠檬烯合成酶构建了酿酒酵母工程菌株,实现了柠檬烯的合成。但由于细胞生长途径和柠檬烯合成途径间的相互干扰导致柠檬烯的产量很低。因此,我们重新设计建立起一条以NPP合成酶代替GPP合成酶的柠檬烯正交合成途径,并且筛选了不同植物来源的9个柠檬烯合成酶。通过该正交途径实现了柠檬烯28.9 mg/L的摇瓶产量。随后,我们利用葡萄糖敏感型HXT1启动子控制ERG20,动态调控细胞生长途径和产物合成途径间的代谢流。葡萄糖敏感型HXT1启动子能够在不影响细胞生长的同时有效的提高柠檬烯产量。最后,通过摇瓶水平上的分批补料发酵实验,HXT1启动子控制的菌株Lim Y28的柠檬烯产量达到了917.7 mg/L,是已报道的柠檬烯最高产量。本研究结果表明正交途径和动态调控的组合策略能够有效提高单萜化合物在酵母细胞中的合成。与此同时,本研究构建出的酿酒酵母工程菌株有望成为柠檬烯及其衍生物高效合成的微生物细胞工厂。