子科生物報(bào)道：9月28日，Metabolic Engineering Communications期刊在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王勇研究組題為“Diversion of metabolic flux towards 5-deoxy(iso)flavonoid production via enzyme self-assembly in Escherichia coli”的研究論文，該研究利用蛋白自組裝策略實(shí)現(xiàn)了大腸桿菌中5-脫氧類黃酮甘草素的生物合成。

　　黃酮是具有C6-C3-C6結(jié)構(gòu)的多酚類物質(zhì)，是植物在長期自然選擇過程中產(chǎn)生的一類次級代謝產(chǎn)物，具有多種生理功能，在醫(yī)藥、食品及保健品領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用價值。根據(jù)A環(huán)C5位是否存在羥基，黃酮類化合物可分為C5-羥基類黃酮及C5-脫氧類黃酮兩大類。前者廣泛存在于各種植物體內(nèi)，而后者較為罕見，主要存在于豆科植物中。近年來，5-脫氧類黃酮在醫(yī)藥、保健品和食品添加劑等方面的潛在應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注，鑒于其在植物中的分布較少，利用工程微生物異源合成是大量廉價獲取該類化合物的替代方案。

　　在本工作中，作者通過基因組信息挖掘了甘草中的查爾酮還原酶(CHR)基因，在大腸桿菌中構(gòu)建了5-脫氧類黃酮甘草素的合成途徑。但該菌株的發(fā)酵產(chǎn)物積累了大量的5-羥基類黃酮柚皮素，甘草素產(chǎn)量僅為柚皮素的1/4。這與植物中天然存在的情形類似。為了優(yōu)化甘草素的合成，作者利用不同植物來源查爾酮合成酶(CHS)與CHR進(jìn)行正交篩選，發(fā)現(xiàn)來源于大豆（Glycine max）的查耳酮合酶GmCHS7和來自于甘草（Glycyrrhizza uralensis）的查爾酮還原酶GuCHR，組合后可以將甘草素比例從39.7% 提高到 50.3%。為進(jìn)一步增加產(chǎn)物中甘草素的比例，研究人員開發(fā)出一種順序自組裝酶反應(yīng)器，利用相互作用的蛋白對（PDZ和PDZ ligand）將GmCHS7和GuCHR進(jìn)行雙酶自組裝，借此較少中間體擴(kuò)散及傳遞時間，從而使反應(yīng)優(yōu)先流向甘草素方向。該策略有效促進(jìn)了甘草素的生成，使產(chǎn)物中甘草素的比例提高到55%，合成產(chǎn)量達(dá)到45 mg/L。

　　為進(jìn)一步提高總碳代謝通量，采用GmCHS7、GuCHR和來自于苜蓿（Medicago sativa）的MsCHI三種催化順序的化學(xué)計(jì)量排列對15種蛋白質(zhì)支架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使總黃酮產(chǎn)量增加1.4倍，在搖瓶中從69.4 mg/L增加到97.0 mg/L。該蛋白的自組裝策略也提高了大腸桿菌譜系特異性化合物7,4 ' -二羥基黃酮和大豆苷元的產(chǎn)量和方向。本研究為微生物生產(chǎn)具有附加值的5-脫氧黃酮類化合物提供了基礎(chǔ)。

　　中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李建華博士和河南大學(xué)碩士生許方琳為該論文并列第一作者。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王勇研究員為通訊作者。該研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然基金、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。