科研人員利用工業微生物生產玉米黃素研究取得進展

2021-02-12 中科院之聲

玉米黃素(zeaxanthin)是光合生物重要色素，具有保護細胞免受高光損傷的作用。玉米黃素也是視網膜黃斑重要色素，具有保護眼睛、維護視覺和認知等功能。人和動物自身不能合成玉米黃素，必須從食物中攝取。蔬菜和水果是玉米黃素的主要來源，但人體每天數毫克的需求量難以從只含微克量水平的食物中得到。因此玉米黃素是人群最普遍缺乏的營養元素，發掘玉米黃素新資源具有現實意義。中國科學院昆明植物研究所功能基因組學與利用團隊黃俊潮研究組長期從事類胡蘿蔔素生物合成研究工作，最近在玉米黃素生物合成研究中取得新的進展。

研究團隊首先對分離到一株新的能合成和積累念珠藻黃素（玉米黃素的羥化衍生物）的鞘氨醇單胞菌（Sphingobium sp.）進行全基因組測序及基因功能分析，解析了該菌類胡蘿蔔素合成的途徑。同時用化學誘變劑處理該菌得到CrtG基因功能缺陷、只積累玉米黃素的突變株。其次建立基於該菌內源質粒的基因表達載體，篩選適合驅動基因表達的內源啟動子，鑑定該菌玉米黃素合成的關鍵限速步驟。在此基礎上，通過代謝工程的改造最終獲得遺傳穩定的DIZ工程菌株，該菌株經培養優化後可實現發酵罐培養4天得到每升培養物含479毫克的玉米黃素以及22克胞外多糖。鞘氨醇單胞菌是普遍認為安全（GRAS）的菌株，已用於工業化生產多用途的胞外多糖。該研究系首次在該菌實現遺傳操作，獲得高產玉米黃素的安全工程菌株，有望解決目前玉米黃素供不應求、價格高等問題。

該研究結果以Enhanced coproduction of cell-bound zeaxanthin and secreted exopolysaccharides by Sphingobium sp. via metabolic engineering and optimized fermentation 為題發表於Journal of Agricultural and Food Chemistry (DOI:10.1021/acs.jafc.9b05342)。該成果涉及的技術已申請專利(201610866211.x;201610657389.6)。昆明植物所博士研究生劉萌萌為該論文第一作者，黃俊潮為通訊作者。該研究得到雲南省野生植物資源與生物技術重點實驗室的部分資助。

高產玉米黃素菌株的建立及其發酵生產

來源：中國科學院昆明植物研究所

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