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王勇研究组在二萜类化合物的合成生物学研究中取得重要进展

9月14日,Cell Research期刊在线发表了中科院植物生理生态研究所王勇研究组的研究论文:“Pathway mining-based integration of critical enzyme parts for de novo biosynthesis of steviolglycosides sweetener in Escherichia coli”。该研究基于途径挖掘的方法对甜菊糖生物合成过程中的重要酶进行了解析和组装,在易于操作的大肠杆菌底盘中实现了植物来源的二萜类化合物甜菊糖苷的异源合成。

植物中的萜类化合物是天然药物,香料及食品添加剂的重要来源。一些稀有萜类物质在天然植物中的产量低,人工半合成亦存在低效高成本的问题,难以大规模生产应用。近年来发展的微生物合成生物学技术通过系统工程重建下游的生物合成途径,改善常见萜类化合物的前体供应,可实现所需萜类化合物在微生物底盘中的生产。

甜菊糖是仅存在于南美菊科植物甜菊(Stevia rebaudiana Bertoni)和中国的甜茶(Rubus suavissimus)等少数植物的一种四环二萜类化合物。近几十年来,随着人们对甜菊糖苷类化合物化学多样性和生理功能的认识,其作为下一代重要的健康天然甜味剂和潜在药物的价值已经获得了广泛的认可。王勇研究组基于前期构建的甜叶菊RNA序列数据库,对甜菊糖生物合成途径的关键酶进行了广泛地挖掘。通过在静息细胞中共表达候选的细胞色素P450基因和糖基转移酶基因,解析和鉴定了甜菊糖生物合成途径中的两个关键酶,并在大肠杆菌底盘细胞中重构了从头合成甜菊糖苷类化合物的非天然合成途径。经一系列理性设计的表达条件优化,使大肠杆菌中甜菊糖生物合成的关键中间体产量得到大幅度提高,并成功地获得了其主要组分RA。该研究为实现甜菊糖苷等重要二萜类化合物的合成生物制造奠定了基础,同时为改造大肠杆菌成为复杂萜类化合物异源合成的底盘细胞提供了成功范例。

该项工作得到了国家科技部、基金委和上海市科委项目的支持。

 
 
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