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核心问题：酿酒酵母不能直接利用纤维素生产乙醇，需要外加纤维素酶进行糖化，导致成本高且工艺复杂。
关键发现：共表达EG和CBH使纤维素降解能力提高3-5倍
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代谢工程
BioethanolCell surface displayCellulaseCelluloseYeast
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
核心问题：如何在改善果实香气风味的同时不负面影响其他果实品质（如颜色、生长），以及解决现代育种过程中水果风味品质下降的问题
关键发现：在番茄中表达香石竹S-芳樟醇合酶（CbLIS）可促进S-芳樟醇和8-羟基芳樟醇积累
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代谢工程
Aroma and flavor biotechnologyFruitsMetabolic engineeringPlant foodsVolatile organic compounds
番茄 (Solanum lycopersi...
马铃薯/拟南芥
番茄 (Solanum lycopersi...
核心问题：评估工程化酿酒酵母DA24-16（可同时利用纤维二糖和木糖）在同步糖化发酵（SSF）中取代外源β-葡萄糖苷酶的能力，并比较SSF与分步水解发酵（SHF）的工艺性能。
关键发现：DA24-16菌株在SSF中140 h仅实现10%纤维素转化（有木糖时25%），而非CDT菌株补充β-葡萄糖苷酶在90 h达到近100%转化
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代谢工程
Biochemical engineeringBiofuelsCellobioseCelluloseSaccharomyces
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
核心问题：评估四种微生物宿主（Escherichia coli、Saccharomyces cerevisiae、Pichia pastoris和Yarrowia lipolytica）作为全细胞催化剂表达人细胞色素P450 2D6（CYP2D6）及其还原酶（CPR）的性能，以确定最适合生产药物代谢物的系统。
关键发现：P. pastoris菌株5x2D6/1xCPR表达CYP2D6达660 pmol/mg总膜蛋白，为微生物系统最高
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代谢工程
Host comparisonHuman cytochrome P450 2D6Membrane protein expressionPichia pastorisWhole-cell biotransformation
Escherichia coli LEMO...
Escherichia coli LEMO...
Saccharomyces cerevis...
核心问题：植物细胞培养中紫杉醇积累的变异性机制不明确，限制了其商业化应用；需要解析紫杉醇生物合成通路基因表达与产量变异之间的关系。
关键发现：MeJA诱导后，紫杉醇通路基因显著上调（1.5-160倍）
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植物生物技术/代谢工程
Gene expressionPaclitaxelPlant biotechnologyProduction variabilityTaxus
Taxus cuspidata P93AF
Taxus cuspidata P93AF
Taxus cuspidata P93AF
核心问题：优化重组大肠杆菌在基本培养基中以甘油或葡萄糖为碳源合成(S)-柠檬烯的效率，识别限制产量和生产力的关键参数，包括遗传、生理和反应工程因素。
关键发现：以甘油为碳源的两液相补料分批发酵中，(S)-柠檬烯最终浓度达到2700 mg/L有机相，是葡萄糖（690 mg/L有机相）的3.9倍
等 4 条
代谢工程
fermentationin vitro and in vivo kineticsmonoterpene/limonene biosynthesisreaction engineeringwhite/industrial biotechnology
Escherichia coli BL21...
Escherichia coli BL21...
Escherichia coli BL21...
核心问题：如何利用合成生物学方法拓展谷氨酸棒杆菌的底物利用范围并生产非天然产品，同时开发适用于工业生产的底盘菌株。
关键发现：GABA最高产量约39 g/L
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代谢工程
BiosensorChassis organismCorynebacterium glutamicumIsoprenoidsSynthetic biology
Corynebacterium gluta...
Corynebacterium gluta...
Corynebacterium gluta...
核心问题：如何通过代谢工程改造酿酒酵母，实现异戊二烯类化合物（从香料、药物到先进生物燃料）的高效生产，以克服植物提取和化学合成的局限性。
关键发现：植物提取效率低（青蒿素仅占黄花蒿干重0.44%）
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代谢工程
BiofuelsIsoprenoidsMetabolic engineeringMicrobial cell factoriesSaccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
核心问题：植物天然产物（萜类、苯丙烷类和生物碱）生物合成途径复杂、产量低，如何通过代谢工程手段提高目标化合物在植物或异源宿主中的积累水平，并实现途径的理性设计与改造。
关键发现：['异戊二烯类化合物约有40000种，生物碱已知结构超过21000种。', '在番茄中表达香叶醇合酶（GES）导致果实番茄红素水平下降约50%，果实无法呈现天然红色。', '在黄花蒿中过表达转录因子AaORA使青蒿素积累量增加约50%，双氢青蒿酸（DHAA）含量提高35%。', '将青蒿素生物...
等 4 条
代谢工程
AlkaloidsIsoprenoidsMetabolic engineeringPhenylpropanoidsPlant natural products
大肠杆菌 (Escherichia coli)
酿酒酵母 (Saccharomyces c...
本氏烟 (Nicotiana bentha...
核心问题：番茄果实中L-抗坏血酸（维生素C）含量相对较低（约15-20 mg/100 g鲜重），通过基因工程提高其含量具有重要应用价值，但AsA调控复杂，以往尝试效果不一。
关键发现：浅红果实中，除L3-6外，FaGalUR转基因系AsA含量增加1.22-1.36倍
等 11 条
代谢工程
AntioxidantsAscorbic acidGalacturonate reductaseRedoxSolanum lycopersicum
番茄（Solanum lycopersic...
番茄（Solanum lycopersic...
核心问题：植物次生代谢产物在植物中含量低、提取困难，难以满足市场需求，需要在微生物宿主中重构其生物合成途径。
关键发现：青蒿酸在酵母中最高产量达25 g/L（Paddon 2013）；紫杉二烯在大肠杆菌中产量达1 g/L，taxadiene-5α-ol达58 mg/L（Ajikumar 2010）；strictosidine在酵母中产量达0.5 mg/L（Brown 2015）。(S)-retculine在大肠...
等 6 条
代谢工程
Cloning of pathwaysMetabolic engineeringNatural productsRecombinant microorganismsSecondary metabolites
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
核心问题：膜锚定细胞色素P450酶(CYPs)在工业应用中需要足够的细胞色素P450还原酶(CPR)活性来再生催化能力，而CPR不稳定是许多应用的瓶颈。
关键发现：在W303背景中，ICE2过表达使静息细胞中(+)-valencene羟基化生成trans-nootkatol提高1.4倍（p<0.01）
等 7 条
代谢工程
Cytochrome P450 reductaseMembrane protein expressionProtein stabilityWhole-cell conversionYeast
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
核心问题：植物中异源表达倍半萜合酶（如(+)-缬草烯合成酶）产量低，原因是内源竞争途径（如5-epi-aristolochene合成和甾醇/三萜合成）与异源途径争夺共同前体法尼基焦磷酸（FPP）。
关键发现：单独表达CnVS时(+)-缬草烯产量为0.70±0.13 μg/g leaf/24h
等 6 条
代谢工程
(+)-Valencene5-Epi-aristolochene synthaseMetabolic engineeringRNAiSqualene synthase
Nicotiana benthamiana
Nicotiana benthamiana
Nicotiana benthamiana
核心问题：微生物木糖醇生产仅依赖NADPH辅因子，导致辅因子供应不足，限制木糖醇生物合成的商业化。
关键发现：批次发酵中，同时表达两种XR的DWM菌株比仅表达NADPH依赖型XR的DWW菌株木糖醇浓度提高6.6%，比仅表达NADH偏好型XR的DMM菌株提高47%
等 7 条
代谢工程
Cofactor regenerationGlucose-limited fed-batch fermentationNADH-preferring xylose reductaseSaccharomyces cerevisiaeXylitol
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
Saccharomyces cerevis...
核心问题：酿酒酵母谷胱甘肽产量有限，传统筛选方法效率低，需要开发新的高产菌株筛选策略
关键发现：经100代进化，丙烯醛浓度从0.2 mM提升至0.4 mM，其中A4-100和572m-100群体谷胱甘肽含量约3%
等 4 条
代谢工程
acroleinadaptive laboratory evolutionglutathioneglutathione disulfideγ-glutamyl-L-cysteinylglycine
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae
核心问题：在大肠杆菌中构建法尼醇生物合成途径，需要鉴定能够将法尼基焦磷酸(FPP)水解为法尼醇的内源磷酸酶。
关键发现：过表达ispA-pgpB操纵子与MVA途径后，大肠杆菌法尼醇产量达526.1 mg/L，是参考菌株(74.3 mg/L)的7.1倍
等 2 条
代谢工程
Escherichia coliFarnesolPgpBPhosphataseYbjG
Escherichia coli DH5α
Escherichia coli DH5α
Escherichia coli DH5α
核心问题：解析超高产ABE的Clostridium acetobutylicum BKM19菌株基因组突变，找出导致溶剂产量提高的关键遗传变异，特别是与丁醇合成相关的突变。
关键发现：BKM19与亲本菌株PJC4BK相比，共鉴定出13个SNVs、1个缺失和1个回复突变SNV
等 2 条
代谢工程
ButanolClostridium acetobutylicumThiolase
Clostridium acetobuty...
Clostridium acetobuty...
Clostridium acetobuty...
核心问题：木质纤维素生物质中纤维素和半纤维素的高效水解是生物乙醇生产的关键瓶颈，传统游离酶水解效率低且成本高，需要开发协同多酶复合体系以提高糖化效率和乙醇产量。
关键发现：以木聚糖为底物时，共表达mini-CbpA和XynB的重组菌株产乙醇约1.18 g/L，是游离酶表达菌株的2.3倍
等 4 条
代谢工程
BioethanolBiorefineryEnzyme complexMiscanthus sinensisPichia pastoris
Pichia pastoris X-33
Pichia pastoris X-33
Pichia pastoris X-33
核心问题：Arundo donax组织培养和遗传转化困难，缺乏快速高效的原生质体瞬时转化体系，限制其作为生物能源作物的遗传改良。
关键发现：DBAP培养基（含9μM 2,4-D和4.4μM BAP）培养14天使组织鲜重增加5倍，而CIM培养基仅增加1.4倍
等 3 条
植物生物技术
ArundoElectroporationProtoplastSuspension CultureTransformation
Arundo donax
Arundo donax
Arundo donax
核心问题：开发微生物生产先进生物燃料（醇类、异戊二烯类、脂肪酸类）并实现商业化，解决乙醇作为燃料的局限性，提高能量密度和燃料性能
关键发现：E. coli中n-丁醇产量达30 g/L
等 14 条
代谢工程
advanced biofuelsalcoholscommercializationfatty acidsisoprenoids
Escherichia coli
Escherichia coli
Saccharomyces cerevisiae