李贞霞 1，陈倩倩1,2，唐金磊2,3，李清艳2,3，张学礼2,3
1 河南科技学院园艺园林学院，河南新乡 453000
2 中国科学院天津工业生物技术研究所，天津 300308
3 中国科学院系统微生物工程重点实验室，天津 300308
李贞霞, 陈倩倩, 唐金磊, 等. 甲羟戊酸途径限速步骤研究及其在产番茄红素重组大肠杆菌中的应用. 生物工程学报,
2020, 36(1): 77–89.
Li ZX, Chen QQ, Tang JL, et al. Role of rate-limiting step of mevalonate pathway in improving lycopene production in Escherichia
coli. Chin J Biotech, 2020, 36(1): 77–89.
摘 要: 甲羟戊酸途径 (MVA 途径) 被引入重组大肠杆菌中，能够提高重组大肠杆菌中萜类化合物的合成能力。
但因重组大肠杆菌中萜类化合物合成途径中间产物积累，导致细胞生长和萜类化合物合成受到限制。本研究在稳
定表达MVA 途径以及优化2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸途径 (MEP 途径)、番茄红素合成途径关键基因表达的重组
大肠杆菌LYC103 中，用质粒高表达MVA 途径和番茄红素合成途径关键基因，挖掘该途径的限速步骤。结果表
明，ispA、crtE、mvaK1、idi 和mvaD 基因过表达后，细胞生长没有明显变化，番茄红素产量依次提高了13.5%、
16.5%、17.95%、33.7%和61.1%，说明这几个基因可能是合成番茄红素的限速步骤。mvaK1、mvaK2、mvaD 三个
基因在同一操纵子上，用mRNA 稳定区 (RNA stabilizing region) 进行启动子文库 (mRSL) 调控mvaK1，相当于
对3 个基因同时调控。用高效基因组编辑技术 (CAGO) 对mvaK1 基因的mRNA 稳定区进行启动子文库的调控，
得到菌株LYC104。番茄红素产量与对照菌株LYC103 相比增加了2 倍，细胞生长提高了32%。然后，利用
CRISPR-Cas9 技术在染色体lacZ 位点整合idi 基因，得到LYC105 菌株。与出发菌株LYC103 相比，细胞生长提
高了147%，番茄红素产量增加了2.28 倍。本研究在染色体上具有完整MVA 途径的基础上，利用质粒高表达单
个基因挖掘限速步骤，用同源重组方法整合限速基因、解除限速，为代谢工程构建高产菌株提供新策略。
关键词: 番茄红素，甲羟戊酸途径，CRISPR-Cas9 系统，大肠杆菌
