异源生物合成玫瑰精油等植物挥发性萜类

科技日报记者 陈曦

植物挥发性萜类（PVTs）是鲜花、水果和蔬菜中风味/香味物质的主要组成成分，其中包括人们熟知的啤酒花精油、檀香油、玫瑰精油等等。目前，PVT类化合物超过1.8万种，绝大部分为单萜和倍半萜化合物，在香精香料、医药化工、食品加工、农业等领域应用广泛。

为了实现玫瑰精油等PVTs类化合物的替代生产，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张学礼带领微生物代谢工程研究团队，首先将酿酒酵母进行了系统改造，并在此基础上通过玫瑰精油途径的引入和优化，最终获得在5 L发酵罐中玫瑰精油的产量可达5 g/L的“玫瑰酵母”菌株。相关研究成果发表在国际期刊《绿色化学》上，并申请专利4项。

用合成生物学技术创建“人工细胞工厂”进行玫瑰精油等PVTs的发酵法生产，是颇具潜力的方式。张学礼团队以天然玫瑰精油的发酵生产为案例，首先在酿酒酵母中筛选到代谢截流效果显著优于经典动态调控启动子ERG1的功能元件——麦角固醇生物合成途径中的ERG7启动子元件。通过ERG7启动子的应用，以及玫瑰醇生物合成模块的表达和优化，最终获得在5 L发酵罐中玫瑰醇的产量可达6g/L的工程菌。

在此基础上，香叶醇-玫瑰醇合成模块、橙花醇合成模块被整合到同一底盘菌株中，创建了国际上首个同时生产天然玫瑰精油三种主要单萜组分的“玫瑰酵母”菌株：Rose-Yeast 1.0。在摇瓶发酵中，该菌株单萜总产量达120mg/L，而且与天然大马士革玫瑰精油中三种组分的比例接近。Rose-Yeast 1.0在5L发酵罐中混合精油产量可达5g/L，预计综合成本将节约90%。

在进一步工作中，科研团队将研发策略进行拓展，并开发了高产单萜和倍半萜的平台酵母，目标产物产量得到大幅提升。该研究为实现玫瑰精油等植物挥发性萜类的高效异源生物合成奠定了基础。