代谢工程改造酿酒酵母高效生产α-檀香烯的研究

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檀香精油是目前世界上最昂贵的香料之一,其主要成分为檀香醇。檀香烯是檀香醇的前体化合物。为实现檀香烯的高效生产,本文通过对檀香烯合酶的表达调控以及内源萜类代谢途径的改造,利用酿酒酵母构建高效生物合成α-檀香烯的细胞工厂。本文首先考察了酿酒酵母中CPRISPR/Cas9基因编辑技术的编辑效率。结果表明,利用上下游为200-500 bp的同源臂,可以对2000bp-7000 bp的目标位点进行敲除,编辑效率为100%;利用引物引入40 bp的同源区,能够高效实现1000-10000 bp的片段的插入。以酿酒酵母CENPK2-1C和BY4741为出发菌株,将tHMG1和ERG20表达组件分别整合至DPP1、LPP1位点来提高MVA途径的代谢强度。通过引入外源的檀香烯合酶在酵母工程菌中构建檀香烯的生物合成途径,并考察了启动子强度,宿主细胞以及表达质粒拷贝数对于α-檀香烯产量的影响。结果表明,以酿酒酵母SCN02为宿主细胞,以高拷贝质粒为表达载体,以启动子pTEF1来表达檀香烯合酶的α-檀香烯产量最高,达到12.7 mg/L。在此基础上对下游的角鲨烯途径进行了弱化,檀香烯产量进一步提高至24.7mg/L。最后,本文利用5个高效定位线粒体的信号肽,在原始菌株CEN.PK2-1C中构建靶向线粒体的檀香烯合成途径,檀香烯产量达25 mg/L,证明了将代谢途径进行亚细胞结构定位,可以有效提高目标产物的合成效率。本文结合代谢工程技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术,在酿酒酵母体内成功构建了 α-檀香烯的生物合成途径,并通过对酵母线粒体的利用,实现檀香烯的高效生产。
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