Red yeasts and carotenoid production: outlining a future for non-conventional yeasts of biotechnological interest
- 作者
- Ilaria Mannazzu, Sara Landolfo, Teresa Lopes da Silva, Pietro Buzzini
- 杂志
- World Journal of Microbiology and Biotechnology（2015）
- DOI
- 10.1007/s11274-015-1927-x
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
红酵母（Rhodosporidium、Rhodotorula、Sporobolomyces、Sporidiobolus等）作为类胡萝卜素生产菌株，其分类、胁迫响应、分析工具和遗传工具仍需系统梳理，以实现工业化生产。
研究策略
系统综述近年文献，涵盖红酵母分类、影响类胡萝卜素生成的胁迫因子、先进分析工具（如流式细胞术）以及分子和组学工具，并讨论未来方向。
核心内容
该综述系统梳理了红酵母（包括Rhodosporidium、Rhodotorula、Sporobolomyces等属）作为类胡萝卜素生产菌株的研究进展，涵盖分类学、胁迫响应、流式细胞术等实时分析工具以及农杆菌介导转化、电穿孔和基因敲除等遗传操作手段。文章指出，全球类胡萝卜素市场预计2018年达约14亿美元，凸显了该领域的产业化前景。在代谢调控方面，添加5 μmol二苯胺可增加Rhodotorula mucilaginosa的总类胡萝卜素产量并降低torularhodin/torulene比例，而尼古丁则促进番茄红素积累。蛋白质组分析从R. toruloides中鉴定出3108个蛋白质，其中538个在脂质积累期间差异表达，且氮饥饿下ATP柠檬酸裂解酶高表达而乙酰-CoA水解酶和乙酰-CoA C-乙酰转移酶表达降低，揭示碳通量在脂肪酸与异戊二烯途径间的分配机制。此外，R. diobovatum的crtYB基因被证实编码双功能八氢番茄红素合酶/番茄红素环化酶。该综述表明，借助快速发展的组学与遗传工具，红酵母有望通过精细调控碳代谢流成为工业化的类胡萝卜素细胞工厂。
创新点
整合了红酵母分类、生理胁迫、实时分析（流式细胞术）和遗传工具（ATMT、电穿孔、基因敲除）等方面的最新进展，强调非传统酵母的类胡萝卜素生物技术潜力。
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rhodosporidium diobovatum | 类胡萝卜素生物合成途径 | crtYB | 八氢番茄红素合酶/番茄红素环化酶 | 催化 | 单基因编码双功能酶 |
| Rhodosporidium diobovatum | 类胡萝卜素生物合成途径 | phytoene dehydrogenase | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 与真菌中同类基因高度相似 |
| Rhodosporidium toruloides | 类胡萝卜素生物合成途径 | phytoene synthase | 八氢番茄红素合酶 | 催化 | 基因组注释鉴定 |
| Rhodosporidium toruloides | 类胡萝卜素生物合成途径 | phytoene dehydrogenase | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 基因组注释鉴定 |
| Rhodosporidium toruloides | 脂质代谢 | — | ATP柠檬酸裂解酶 | 催化 | 氮饥饿时高表达 |
| Rhodosporidium toruloides | 乙酰-CoA代谢 | — | 乙酰-CoA水解酶 | 催化 | 氮饥饿时表达降低 |
| Rhodosporidium toruloides | 乙酰-CoA代谢 | — | 乙酰-CoA C-乙酰转移酶 | 催化 | 氮饥饿时表达降低 |
| Rhodosporidium toruloides | 非同源末端连接修复 | KU70 | KU70蛋白 | 调控 | 缺失可提高同源重组频率 |
| Rhodotorula glutinis | 丙酮酸代谢/脂质合成 | ME | 苹果酸酶 | 催化 | 来自Mucor circinelloides的ME过表达提高脂质积累 |
| Sporobolomyces sp. | 类胡萝卜素生物合成途径 | CAR2 | 八氢番茄红素合酶/胡萝卜素环化酶 | 催化 | 用于基因敲除研究 |
关键发现
- 全球类胡萝卜素市场预计2018年达到约14亿美元
- 添加5 μmol二苯胺可增加R. mucilaginosa总类胡萝卜素并降低torularhodin/torulene比例，较高剂量提高β-胡萝卜素积累，尼古丁促进番茄红素合成
- R. toruloides在氮饥饿下ATP柠檬酸裂解酶高表达，乙酰-CoA水解酶和乙酰-CoA C-乙酰转移酶表达降低，导致乙酰-CoA流向脂肪酸而非异戊二烯
- 蛋白质组分析从R. toruloides中鉴定3108个蛋白质（2009年仅184个），其中538个在脂质积累期间差异表达
- R. diobovatum的crtYB基因编码双功能八氢番茄红素合酶/番茄红素环化酶。
研究结论
红酵母具有生产类胡萝卜素的巨大潜力，通过分类学、胁迫响应研究及分子/组学工具的快速发展，可有效管理碳通量并提高类胡萝卜素产量，有望成为工业化细胞工厂。