酿酒酵母细胞工厂高效合成紫色素Violacein的代谢工程策略与发酵优化研究

本研究成功在安全宿主酿酒酵母（S. cerevisiae）中重构了violacein生物合成途径，通过多拷贝整合（δ-site）和关键基因vioC的过表达策略，结合Box-Behnken设计优化发酵条件，将产量提升至143.89 mg/L，为微生物法规模化生产高附加值天然色素提供了创新性技术路径。

　　

Highlight

通过理性设计策略在酿酒酵母（S. cerevisiae）中实现violacein的从头生物合成，关键突破包括：1）利用δ位点进行多拷贝基因整合构建稳定生产菌株；2）发现vioC表达不足是产量限制瓶颈；3）通过rDNA位点靶向过表达vioC基因显著提升紫色素产量；4）采用Box-Behnken设计优化发酵参数（色氨酸浓度、接种量、葡萄糖浓度），最终在摇瓶规模获得143.89 mg/L的最高报道产量。

Design intent & δ-integration summary

将五基因violacein合成途径（vioA–E）整合至酿酒酵母YSG50染色体的δ位点，构建稳定生产底盘（图1A）。启动子分配基于前期GFP强度排序结果，优先将强启动子（如pTEF1用于vioD）分配给关键基因，工作假设为VioC酶活性限制色素形成。成功实现一步法多表达盒δ位点整合（总长约16 kb），PCR验证显示正确整合且转化效率达89.3%。

Conclusion

本研究证实酿酒酵母作为GRAS认证宿主生产violacein的潜力。通过多拷贝表达系统、关键基因过表达（vioC⁺）及系统性培养基优化，显著提升产量。该策略为violacein的工业化规模生产提供技术支撑，同时为其他微生物色素的高效生物合成提供可借鉴的代谢工程范式。