今日推送的文章是发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry上的“Production of Cinnamyl Alcohol Glucoside from Glucose in Escherichia coli”，通讯作者为中国科学院天津工业生物技术研究所的刘涛老师。
松香是一种肉桂醇糖苷，是红景天的重要成分之一，红景天是一种珍贵的药用植物，已有数百年的历史。松香具有多种生物活性。传统的生产松香及其衍生物的方法是直接从玫瑰红树中提取松香，这是一个资源有限、纯化过程复杂的问题。本工作实现了松香在大肠杆菌中的从头合成。首先，构建了苯丙氨酸生物合成苷元肉桂醇的路线。随后，将来自高山红景天(UGT73B6)或拟南芥(UGT73C5)的UGT基因导入到上述重组大肠杆菌中，生产松香。在此基础上，通过遗传操作优化了工程菌的苯丙氨酸代谢途径，获得了高达258.5±8.8 mg/L的松香产量。
图1
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大肠杆菌BL21(DE3)催化肉桂醛合成肉桂醇
据报道，在NADH或NADPH存在下，乙醇脱氢酶(ADHS)和醛酮还原酶(AKRs)可以催化醛或酮还原为醇。在大肠杆菌中已鉴定出许多内源ADH(adhe，adhP，eutG，yi aY，yahk，yjgB，yqhD)和AKRs(dkgB，yeae，dkgA)。作者首先考察了大肠杆菌BL21(DE3)ADHS或AKRs转化肉桂醛为肉桂醇的效率。
图2
选择了来自皱纹假单胞菌的Pc4CL酶和来自拟南芥的AtCCR和AtPAL2酶建立了肉桂醇的生物合成途径，并成功地用于生产高效的次生代谢物。由于在大肠杆菌BL21(DE3)中检测到这些内源酶的高活性，因此没有进一步过表达额外的外源ADHS或AKRs。用两步法培养含pCDFDuet-AtCCR-Pc4CL-AtPAL的BWT01。在24 h内，BWT01产生的肉桂醇滴度达到197.8±10.5 mg/L。
图3
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在大肠杆菌中合成松香的UGT选择
将UGT73B6、UGT72B14、UGT74R1和UGT73C5基因导入肉桂醇产生菌BWT01，分别产生BWT02、BWT03、BWT04和BWT05。重组菌发酵24 h产生的肉桂醇效价为151.5±6.9 mg/L，松香效价为57.3±5.4 mg/BWT04。菌株BWT05产生的肉桂醇和松香效价分别达到118.4±4.3mgBWT05和168.9±8.1 mg/L。因此，UGT73C5是催化肉桂醇转化为松香的最佳酶。
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通过增加前体供应来提高松香产量
为了增加前体的供应，从BL21(DE3)基因组中删除了tyrR、tyra和trpE基因，并产生了一株苯丙氨酸高产菌株(BPhe)。将含有肉桂醇生物合成酶基因的pCDFDuet-AtCCR-Pc4CL-AtPAL导入菌株BPhe，产生了一株新的菌株BPHE01。BL21(DE3)菌株生产的肉桂醇效价为197.8±10.5 mg/L，经前体增强后，肉桂醇效价提高到285.3±15.2 mg/L(图4a)。将pET28aUGT73C5转化到上述两株菌株中，分别获得了产松香的菌株BPHE02和BWT05。图4b显示，菌株BWT05产生的松香效价在24 h达到最大值，为168.9±8.1 mg/L，菌株BPHE02产生的松香效价在36 h达到最大值，为258.5±8.8 mg/L。
图4