近期，生命科学学院杨建明教授团队在光合固碳研究领域取得重要进展，相关研究结果已发表在“化学及绿色可持续发展技术领域”顶级期刊Green Chemistry（2022, DOI: 10.1039/ D2GC02467E）（2021年IF为11.034，中科院JCR化学1区Top期刊，该期刊是英国皇家化学学会旗下面向绿色化学领域的国际知名期刊，在ESI CHEMISTRY学科领域排名为前10%），我校李美洁副教授、夏青青（硕士研究生）和吕书喆（硕士研究生）为该论文的并列第一作者，杨建明教授为通讯作者，我校为第一通讯单位。

CO2是地球上最主要的溫室氣體，但同時亦是自然界中最爲豐富的C1資源。如何緩解CO2減排壓力，爲化工産業綠色可持續發展提供新的途徑，成爲全世界科學家們研究關注熱點。而高效的CO2微生物固定技術，不僅能有效緩解溫室效應，還能爲化工産品生産開拓新原料，對實現“碳達峰“和”碳中和”具有十分重要意義！

番茄紅素是一種天然存在的紅色類胡蘿蔔素，因其具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性而被廣泛應用于醫藥、化妝品、食品等行業。番茄紅素的制備方法主要有三種：植物提取法、化學合成法和微生物法。由于植物(主要是番茄)中番茄紅素含量低及化學合成時有毒化學試劑殘留等缺點，近年來對微生物生産番茄紅素研究成爲熱點。

杨建明教授团队利用合成生物学技术成功构建了一种新型的光合细菌——沼泽红假单胞菌平台，直接从CO2和生物柴油的副产物——甘油中直接合成高附加值化合物——番茄红素。首先，采用提高番茄红素生物合成关键酶、MEP途径关键酶和异源MVA途径的表达水平，并敲除竞争途径关键基因等手段，增强番茄红素碳代谢流；其次，通过宿主菌的适应性进化和外源甘油的添加，沼泽红假单胞菌光合自养固定CO2的效率得到极大提高。文中首次证明了甘油同化与CO2生物固定的显著协同效应机制：即甘油降解过程中产生的NADH为CO2的固定提供所需的电子，而甘油产生的磷酸二羟丙酮 (DHAP)有利于1,5-二磷酸核酮(Ru1,5P)的再生，这是Calvin-Benson-Bassham(CBB)循环中的关键步骤。最终的工程菌株RPLYC45在补加甘油及二氧化碳补料分批培养中番茄红素含量达到283.22 mg/gDCW，是原始菌株的87.4倍，这是迄今为止报道的光合细菌利用生物固定CO2合成番茄红素所获得的最高产量。本研究结果表明沼泽红假单胞菌具有很大的潜力被设计成一个以CO2和废甘油为原料的微生物细胞工厂，这个过程比异养微生物(大肠杆菌、酿酒酵母等)中生产番茄红素的生物合成过程更可持续。

上述研究工作得到國家自然科學基金面上項目、山東省草業一流學科項目、青島農業大學高層次人才引進項目、山東省自然科學基金面上項目和國防科技創新特區重點探索項目等課題的資助。

Fig.1 Illustration of the metabolic pathways for carbon source dissimilation and lycopene production in R. palustris

Fig.2 Photosynthesis of lycopene from CO2 and glycerol in engineered R. palustris strain.