番茄红素是非常重要的一种不含氧原子的类胡萝卜素,是很强的抗氧化剂,具有抗老化、预防癌症、舒缓动脉粥样硬化、增强抗辐射能力等非常卓越的生理功能,这些强大的生理功能使得其在食品医药品领域有着广泛的应用和巨大的市场价值。番茄红素可以通过天然植物提取法、化学合成法、和微生物发酵三种方法来获得。但天然植物提取法会受到季节、产地等外界因素的干扰,加上提取成本高,供应量低,所以并不能满足市场需求。化学合成法成本低,但是会产生较多的毒副产品,大大限制了其工业化应用。利用微生物发酵法来生产番茄红素具有成本低、产率高且产品质量可控等优势,被认为是目前最有前途的方法。酿酒酵母是公认的可用于大规模发酵的食品安全性菌株,本研究选择以酿酒酵母作为代谢工程改造生产番茄红素的背景菌株。基于之前的研究,我们发现番茄红素的早期积累会影响细胞的生长,最终影响番茄红素的产量,所以我们选择GAL启动子控制系统以实现细胞生长与番茄红素合成过程的解偶联。首先我们特征性地比较了半乳糖诱导型启动子的强弱,选取其中较强的来控制合成番茄红素的关键基因的表达。并且敲除代谢半乳糖的基因GAL1/7/10用以减少GAL系列启动子资源的浪费以及消除诱导剂半乳糖的利用。同时超表达MVA途径的限速酶HMG-CoA还原酶以增大前体IPP(异戊烯焦磷酸)以及DMAPP(二甲基烯丙基焦磷酸)的供应。随后通过筛选不同来源的下游关键基因CrtE(GGPP合成酶)、CrtB(八氢番茄红素合成酶)、CrtI(八氢番茄红素去饱和酶),得到了较高产量的番茄红素合成菌株。在此基础上,通过调整关键基因的拷贝数,优化菌株的培养基,在摇瓶发酵中,菌株可以产生210 mg/L的番茄红素。得到的工程菌通过两阶段分批补料发酵,最终在5L发酵罐上可以合成1.6g/L(66mg/gDCW)的番茄红素。