[发明专利]一种具有快速同化甘露醇能力的酿酒酵母及其在生产萜类化合物中的应用

说明书

本发明公开一种具有快速同化甘露醇能力的酿酒酵母及其在生产萜类化合物中的应用，属于合成生物学及工业微生物学技术领域。该酿酒酵母为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)BN9A，保藏编号：GDMCC No：62101。本发明通过适应性进化获得突变株BN9A，该突变株表现为酿酒酵母甘露醇代谢的天然阻遏被有效解除，甘露醇代谢相关的基因的转录水平提高50～420倍不等；可高效快速同化甘露醇，遗传稳定性好，产量性状稳定，应用于工业化发酵价值较高。本发明菌株可大大提高目标萜类化合物的产量及碳转化率，具有充足的乙酰辅酶A前体供应，是一株优秀的萜类化合物生产菌株。

技术领域

本发明属于合成生物学及工业微生物学技术领域，具体地，本发明涉及一株通过适应性培养获得具有快速同化甘露醇能力的酿酒酵母及其在生产萜类化合物中的应用。

背景技术

萜类化合物，是一类以异戊二烯单元(C₅H₈)为分子骨架的烯烃类化合物及其含氧衍生物，包括醇、醛、酮、羧酸、酯等。根据异戊二烯的数目，可分为半萜、单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜和多萜。萜类化合物广泛存在于自然界中，具有较强的香味和生物活性，构成多种植物的香精、树脂、色素等的主要成分，是一类重要的天然香精香料，也是许多植物中草药的有效成分。目前，作为一种精细化工产品，萜类化合物在食品、医药、化妆品、工业制造等领域有着广泛的应用。

目前萜类化合物的生产主要包括天然提取、化学合成及生物转化这三种方法。在植物中含量较低且植物体内萜类组分复杂，分离与提纯过程困难，易导致大量损耗自然资源；此外，由于萜类化合物结构复杂，化学合成过程繁琐，难以维持其天然构象。故利用微生物发酵生产萜类化合物，具有低能耗、周期短、低成本等优点，是克服目前瓶颈、实现工业上大规模生产的有效手段。

酿酒酵母是第一个进行完整基因组测序的真核生物。目前，酿酒酵母已被构建成多种营养缺陷型菌株，可转化多种类型的质粒载体，于其体内实现外源基因的表达并稳定遗传的技术已逐步成熟，能稳定生产各种自然代谢产物。一方面，酿酒酵母是食品安全级微生物，生长速度快，遗传背景清晰，基因操作手段成熟，便于对其引入异源基因及改造内源代谢途径；另一方面，酿酒酵母代谢网络简单，自身存在甲羟戊酸途径(Mevalonatepathway，MVA途径)，可自行合成萜类前体物质，被广泛用作萜类化合物的真核表达系统并日渐受到重视。

在传统的发酵工业上，大多发酵原料来自玉米、小麦、甘蔗等粮食作物，存在“与人争粮”的问题，易造成粮食危机问题，且随着近年来粮食价格的不断攀升，造成发酵成本增加，其长期广泛应用必然受限。因此，目前各国加大力度研究和发展非粮生物质(non-foodbiomass)，由此产生了以农作物秸秆为代表的富含木质纤维素的第二代生物质资源和以海洋中的藻类为代表的第三代生物质资源。相比于木质纤维素原料的降解难度大且存在“与粮争地”“与粮争淡水”的问题，藻类资源具有以下优势：(1)生长速度快，周期短，仅需要1～10天，而陆生植物则需要1～2年；(2)不占用耕地，能生长在多种水环境中，包括淡水、海水、污水等；(3)不与人类竞争食物，也不是人类或动物食物链的主要部分；(4)几乎不含木质素成分，经简单处理即可用于发酵；(5)光合作用效率高，CO₂固定效率高，可有效缓解温室效应和海水酸化问题；(6)我国海洋面积辽阔，藻类资源丰富，藻类育种及养殖技术成熟。因此，目前更多学者将科研重点放在了海洋生物质资源上，渴望实现对第三代生物质资源的充分开发及利用。