近期，粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心邓禹教授团队在高效生物合成丙二酸方面取得重要进展，研究成果“Metabolic engineering of the malonyl-CoA pathway to efficiently produce malonate inSaccharomyces cerevisiae”正式发表于Metabolic Engineering (http://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.05.007)。
丙二酸是一种平台化学品，可以用来生产有价值的化合物，也可以作为聚合物和聚酯的前体。作为一种具有高附加值的化合物，丙二酸被应用于制药、电子和香精香料等行业。为了在酿酒酵母中高效合成丙二酸，本研究通过丙二酰-CoA途径构建了丙二酸生物合成途径。
在酵母中构建通过丙二酰-CoA途径高效合成丙二酸，关键步骤是确定能够将丙二酰-CoA转化为丙二酸的水解酶，本研究通过对来源于的3-羟基异丁酰-CoA水解酶（由EHD3编码）的F121和E124位点突变从而Ehd3获得丙二酰-CoA水解酶的活性。为了提高其酶活，我们探究了E124位点不同突变类型对酶活的影响，并确定E124S突变型对酶活提高最为显著。
为了提高丙二酸合成途径关键基因的表达量，本研究采用了基于delta序列的整合方法对该途径的关键基因进行基因组整合表达。通过将GFP基因与途径基因共同整合到基因组中，建立了一种基于荧光信号测定筛选高拷贝delta整合序列的高通量筛选方法。此外，本研究还进行了改善丙二酸合成前体供应、抑制竞争途径和优化发酵的相关工作，以提高丙二酸的产量。最终，在5 L分批补料发酵中，丙二酸产量达到1.62 g/L。
邓禹教授和赵运英副教授为论文的通讯作者，我校博士李诗韵为第一作者。上述研究得到了国家重点研发项目（2019YFA0905502）、国家自然科学基金（21877053）等资助。
图1 酿酒酵母丙二酸生物合成途径
图2 基于GFP报告基因的delta位点整合拷贝数高通量筛选策略
