近期，我院杨建明教授团队在萜烯类化合物生物合成领域取得重要进展，相关研究结果已发表在“生物燃料和生物产品的生物技术领域”著名期刊Biotechnology for Biofuels and Bioproducts（2023, 16: 124）（中科院JCR工程技术1区Top期刊），我校梁波副教授、杨群（硕士研究生）和张鑫平（硕士研究生）为该论文的并列第一作者，杨建明教授和王兆宝副教授为通讯。

倍半萜烯是一类植物衍生的天然活性化合物，在能源、食品、化妆品、医药和农业等行业有着广泛的应用。植物提取工艺复杂，产量低，无法满足市场需求；而化学合成污染大、副产物多。为了化工产业实现绿色可持续发展，研究人员一直致力于开发高效的微生物细胞工厂来变革倍半萜烯化合物的生产方式。酿酒酵母天然含有甲羟戊酸途径，是一种生产各种倍半萜烯化合物的最佳底盘细胞。因此，建立高效的酿酒酵母细胞工厂对于提升倍半萜烯绿色生物制造能力，助力国家“碳达峰、碳中和”战略的重大需求具有十分重要的意义。

杨建明教授团队利用合成生物学技术成功构建了丙二酸-乙酰辅酶A（MAAC）代谢途径，以改变中心碳代谢流，从而在酿酒酵母中稳定高效地合成倍半萜烯化合物。首先通过丙二酸代谢途径与倍半萜烯合酶基因的引入，获得可以利用丙二酸合成倍半萜烯的工程菌株。在相同发酵条件下，加入丙二酸后倍半萜烯产量相对未加丙二酸的对照组提高了44%，说明丙二酸在工程菌株合成倍半萜烯的过程中发挥着重要的作用。接着，为探究丙二酸代谢途径对β-石竹烯产量提升的作用机制，进行了转录和代谢水平的研究，发现引入丙二酸代谢途径后，丙二酸几乎全部转化为脂肪酸，从而减少了葡萄糖向脂肪酸合成途径的碳源流失，使更多的葡萄糖进入倍半萜烯化合物合成途径。通过代谢途径和发酵工艺的优化，最终β-石竹烯和β-榄香烯的摇瓶发酵产量分别为328和984.36 mg/L，这是迄今为止报道酿酒酵母生物合成所获得的最高产量。本研究拓展了丙二酸代谢途径在倍半萜烯化合物生物合成中的应用，为开发丙二酸用于丙二酰辅酶A高附加值衍生物的绿色生物合成奠定了坚实的基础。

上述研究工作得到国家自然科学基金面上项目、青岛农业大学高层次人才引进项目、山东省自然科学基金面上项目和国防科技创新特区重点探索项目等课题的资助。

Fig.1 Illustration of the metabolic pathways for malonate metabolism and β-caryophyllene production in yeast.

Fig. 2 The expression levels of strain YQ-7 feeding on both glucose and malonate were determined relative to control (without malonate) for several genes.