代谢工程改造酿酒酵母从头合成赤霉素A3
作者:
作者单位:

1江南大学 生物工程学院,江苏 无锡 214122;2四川龙蟒生物科技有限公司,四川 眉山 620036

作者简介:

董子龙:方案设计、实验操作、初稿写作;周景文、徐沙:数据管理、方案设计、经费支持、稿件润色修改;曾伟主、李宏彪:数据管理、实验操作、提供材料;熊仁科、左建英:监督指导、稿件润色修改。

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(22508144);江苏省基础研究计划(BK20251601)


Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for de novo biosynthesis of gibberellin A3
Author:
Affiliation:

1School of Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China;2Sichuan Lomon Biotechnology Co., Ltd., Meishan 620036, Sichuan, China

Fund Project:

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (22508144) and the Jiangsu Provincial Basic Research Program (BK20251601).

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    摘要:

    赤霉素A3 (gibberellin A3, GA3)作为一种高活性的植物生长调节剂,在农业生产中广泛应用。为构建高效合成GA3的微生物细胞工厂,本研究以酿酒酵母C800为底盘菌株成功实现了GA3的从头合成。首先,基于藤仓赤霉菌的赤霉素合成途径,整合GA3合成的关键基因,同时结合甲羟戊酸途径关键基因(tHMG1IDI1)过表达,使GA3产量达到595 μg/L。之后,为增强P450酶的催化效率,优化了胞内还原型辅酶II (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)和血红素供应,通过过表达ZWF1POS5Δ17HME3,使GA3产量提高至1.73 mg/L。接着,通过整合拟南芥来源的膜结合支架蛋白AtMSBP1,将P450酶与细胞色素P450酶氧化还原伴侣(cytochrome P450 reductase, CPR)共定位于内质网膜区域,增强二者的空间邻近性与功能耦合,GA3产量进一步提高至4.32 mg/L。最后,经5 L发酵罐高密度补料发酵,GA3产量提升至14.17 mg/L。结果表明,本研究所构建的工程菌株具备良好放大潜力与代谢稳定性,为赤霉素的微生物制造提供了可行策略。

    Abstract:

    Gibberellin A3 (GA3), a highly active plant growth regulator, is widely used in agricultural production. To develop a microbial cell factory for efficient GA3 synthesis, this study achieved the de novo biosynthesis of GA3 with Saccharomyces cerevisiae as the chassis strain. First, on the basis of the gibberellin biosynthesis pathway of Gibberella fujikuroi, key genes for GA3 synthesis were integrated, which, combined with the overexpression of mevalonate pathway genes (tHMG1 and IDI1), resulting in a GA3 titer of 595 μg/L. Next, to enhance the catalytic efficiency of P450 enzymes, we optimized intracellular NADPH and heme supply by overexpressing ZWF1, POS5Δ17, and HME3, increasing the GA3 titer to 1.73 mg/L. Subsequently, the integration of Arabidopsis thaliana-derived membrane-bound scaffold protein AtMSBP1 enabled the co-localization of P450 enzymes and CPR on the endoplasmic reticulum membrane, enhancing their spatial proximity and functional coupling, thereby improving the electron transfer efficiency and raising the GA3 titer to 4.32 mg/L. Finally, high-cell-density fed-batch fermentation in a 5 L bioreactor further increased the GA3 titer to 14.17 mg/L. These results demonstrate that the engineered strain exhibits promising scalability and metabolic stability, providing a feasible strategy for the microbial production of gibberellins.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

董子龙,李宏彪,周景文,曾伟主,熊仁科,左建英,徐沙. 代谢工程改造酿酒酵母从头合成赤霉素A3[J]. 生物工程学报, 2026, 42(6): 2783-2793

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  • 收稿日期:2026-03-12
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  • 在线发布日期: 2026-06-24
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