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在微生物色素的研究中，为探索玉米黄质（Zeaxanthin）生物合成，研究人员对两株新的黄杆菌属（Flavobacterium）菌株展开研究。发现它们利用甲羟戊酸（MVA）途径合成玉米黄质，且合成途径存在差异。这为生物技术应用提供了新资源和理论基础。
在大自然这个神奇的 “调色盘” 中，类胡萝卜素为众多生物披上了五彩斑斓的外衣。它们不仅让细菌、真菌、藻类和植物呈现出橙、黄、红等绚丽色彩，还拥有强大的功能。比如，它们能抗氧化、抗菌，甚至在预防癌症、炎症、糖尿病和阿尔茨海默病等方面发挥潜在作用，因此在食品、医药、动物饲料和化妆品等行业备受青睐。
玉米黄质（3,3’ - 二羟基 - β - 胡萝卜素，C40H56O2）作为类胡萝卜素中的 “明星分子”，有着独特的本领 —— 它能像 “小卫士” 一样过滤蓝光，保护我们的眼组织免受阳光的伤害。然而，动物和人类自身无法合成玉米黄质，只能从食物中获取。传统从藻类和植物中提取玉米黄质的方法困难重重，不仅过程复杂、成本高昂，还存在产生大量废弃物、提取效率和产量低、产物不稳定以及对环境有影响等问题。于是，科学家们把目光投向了微生物，期望借助微生物高效合成玉米黄质。
黄杆菌属是一类常见的细菌，许多菌株能产生类胡萝卜素，部分还能主要合成玉米黄质。韩国研究机构的研究人员针对两株新的黄杆菌属菌株 Flavobacterium sedimentum SUN046T和 Flavobacterium fluvius SUN052T展开深入研究。他们想弄清楚这些菌株在玉米黄质生物合成方面的独特之处，以及它们在进化上的关系，这一研究成果发表在《BMC Microbiology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，从韩国的水体样本中分离出目标菌株，通过 16S rRNA 基因测序、系统发育分析确定其分类地位；接着进行全基因组测序，利用多种软件进行组装、注释和比较分析；还对番茄红素 β - 环化酶进行多序列比对和结构分析；最后通过高效液相色谱（HPLC）和质谱技术检测玉米黄质产量 。
一、系统发育分析和基因组特征
研究人员从韩国淡水环境中分离出 264 株色素产生菌，其中黄杆菌属菌株占比最多。对SUN046和SUN052的 16S rRNA 基因序列分析发现，它们与已知菌株的相似度低于细菌种属划分阈值，在系统发育树中聚为一支。全基因组分析显示，SUN046T基因组含 49 个重叠群，GC 含量 33.9% ，SUN052T基因组含 33 个重叠群，GC 含量 31.3%，二者 ANI 值表明它们是新物种。
二、表型和化学分类学特征
两株菌株均为好氧、杆状、无运动性的革兰氏阴性菌。SUN046T菌落浅黄色，细胞大小约3.8×1.4μm；SUN052T菌落黄色，细胞大小约1.2×0.6μm 。它们在多种培养基上生长情况不同，对 14 种抗生素敏感。脂肪酸和极性脂质分析表明，二者在脂肪酸和极性脂质组成上存在差异。综合这些特征，确定它们为黄杆菌属新物种。
三、基因组注释和次生代谢产物预测
基因组注释发现，SUN046有 3788 个编码序列，SUN052T有 3024 个。次生代谢产物预测显示，SUN046T有 1 个萜烯簇，SUN052T有 3 个生物合成基因簇。两株菌株均含有玉米黄质、异球烯酮和（2R,3S,3’S） - 2 - 羟基虾青素，但都不含芳基多烯（APE）色素，这使玉米黄质的纯化更简单。此外，还对两株菌株的抗生素抗性基因、转运蛋白基因和 CRISPR 相关基因进行了分析。
四、类胡萝卜素生物合成途径和玉米黄质产量
两株菌株都具有 MVA 途径相关基因用于合成异戊烯焦磷酸（IPP），不过SUN046缺少 HMG - CoA 合酶（HMGCS）基因，但 MVA 途径仍有功能。它们也都含有类胡萝卜素生物合成途径的关键酶基因，能将香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）转化为玉米黄质。HPLC 分析表明，SUN046T和SUN052T的玉米黄质产量分别为 6.49μg/mL 和 13.23μg/mL，高于部分已报道的黄杆菌属菌株。
五、黄杆菌属中不同类型番茄红素环化酶的比较
SUN046T和SUN052T分别含有不同类型的番茄红素环化酶CrtYcd和CrtY。序列分析发现，CrtYcd与古菌和真菌的相关基因有较高同源性，CrtY与微藻和植物的 LCY 有氨基酸序列保守性。分子对接研究表明，二者与番茄红素和 FAD 的结合亲和力、结合位点等存在差异。
研究结论表明，两株新的黄杆菌属菌株SUN046和SUN052在玉米黄质生物合成途径上存在差异，是有潜力的玉米黄质生产新资源。它们不含 APE 色素，有利于玉米黄质的提取纯化。同时，研究揭示了黄杆菌属中番茄红素 β - 环化酶的结构和功能差异，为代谢和蛋白质工程改造提供了潜在靶点。不过，仍有一些问题有待进一步研究，如SUN046中替代 HMGCS 的酶、不同启动子对玉米黄质产量的影响等。这项研究为微生物类胡萝卜素合成的研究提供了新的视角，也为利用黄杆菌属菌株进行工业生产玉米黄质奠定了理论基础 。
