近期，我院楊建明教授團隊在萜烯類化合物生物合成領域取得重要進展，相关研究结果已发表在“生物燃料和生物产品的生物技术领域”著名期刊Biotechnology for Biofuels and Bioproducts（2023, 16: 124）（中科院JCR工程技术1区Top期刊），我校梁波副教授、杨群（硕士研究生）和张鑫平（硕士研究生）为该论文的并列第一作者，杨建明教授和王兆宝副教授为通讯。

倍半萜烯是一類植物衍生的天然活性化合物，在能源、食品、化妝品、醫藥和農業等行業有著廣泛的應用。植物提取工藝複雜，産量低，無法滿足市場需求；而化學合成汙染大、副産物多。爲了化工産業實現綠色可持續發展，研究人員一直致力于開發高效的微生物細胞工廠來變革倍半萜烯化合物的生産方式。釀酒酵母天然含有甲羟戊酸途徑，是一種生産各種倍半萜烯化合物的最佳底盤細胞。因此，建立高效的釀酒酵母細胞工廠對于提升倍半萜烯綠色生物制造能力，助力國家“碳達峰、碳中和”戰略的重大需求具有十分重要的意義。

杨建明教授团队利用合成生物学技术成功构建了丙二酸-乙酰辅酶A（MAAC）代谢途径，以改变中心碳代谢流，从而在酿酒酵母中稳定高效地合成倍半萜烯化合物。首先通过丙二酸代谢途径与倍半萜烯合酶基因的引入，获得可以利用丙二酸合成倍半萜烯的工程菌株。在相同发酵条件下，加入丙二酸后倍半萜烯产量相对未加丙二酸的对照组提高了44%，说明丙二酸在工程菌株合成倍半萜烯的过程中发挥着重要的作用。接着，为探究丙二酸代谢途径对β-石竹烯产量提升的作用机制，进行了转录和代谢水平的研究，发现引入丙二酸代谢途径后，丙二酸几乎全部转化为脂肪酸，从而减少了葡萄糖向脂肪酸合成途径的碳源流失，使更多的葡萄糖进入倍半萜烯化合物合成途径。通过代谢途径和发酵工艺的优化，最终β-石竹烯和β-榄香烯的摇瓶发酵产量分别为328和984.36 mg/L，这是迄今为止报道酿酒酵母生物合成所获得的最高产量。本研究拓展了丙二酸代谢途径在倍半萜烯化合物生物合成中的应用，为开发丙二酸用于丙二酰辅酶A高附加值衍生物的绿色生物合成奠定了坚实的基础。

上述研究工作得到國家自然科學基金面上項目、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 malonate metabolism and β-caryophyllene production in yeast.

Fig. 2 The expression levels of strain YQ-7 feeding on both glucose and malonate were determined relative to control (without malonate) for several genes.