综述：产油酵母在可持续生物制造中的最新进展

这篇综述系统总结了产油酵母（oleaginous yeasts）在代谢工程、系统生物学和遗传工具开发领域的最新突破，重点探讨了其利用木质纤维素等廉价原料高效合成油脂（TAGs）、萜类（terpenoids）和有机酸等高值产物的潜力，为绿色生物制造提供了创新解决方案。

　　

引言

微生物生物制造为循环生物经济提供了可持续解决方案。在众多微生物中，产油酵母因其卓越的脂质积累能力（可达细胞干重的85%）和代谢多样性脱颖而出。这类酵母不仅能高效合成三酰甘油（TAGs），还能利用木质纤维素水解物等非传统碳源，成为生产燃料、润滑剂和塑料的理想底盘细胞。

产油酵母代谢机制的新认知

氮、磷等营养限制是触发脂质积累的关键因素，其代谢特征与模型酵母S. cerevisiae显著不同。例如，产油酵母通过ATP柠檬酸裂解酶（ACL）维持高胞质乙酰辅酶A（AcCoA）通量。近年来，功能基因组学技术（如CRISPR-Cas9全基因组敲除库）在Y. lipolytica和R. toruloides中鉴定了多个调控脂质合成的基因靶点，包括自噬相关基因和tRNA硫醇化酶。基因组尺度代谢模型（GEMs）的构建进一步揭示了R. toruloides中D-木糖代谢的非经典路径——通过D-阿拉伯糖醇直接进入磷酸戊糖途径，这一发现为木质纤维素利用提供了新思路。

遗传工具的革新

标准化合成生物学工具包（如Golden Gate组装）加速了产油酵母的工程化改造。启动子工程方面，R. toruloides中鉴定了6个氮饥饿诱导型启动子，可实现代谢通路的动态调控。CRISPR技术已从基础编辑扩展到CRISPRi/a系统，其中Y. lipolytica的CRISPR-Cas12a文库实现了94%基因组覆盖率的筛选。转录调控网络解析仍存挑战，但机器学习工具iModulon已成功在Y. lipolytica中鉴定出23个共调控基因模块，为代谢工程提供了新靶点。

原料利用的突破

木质纤维素水解产物中的呋喃醛类抑制剂（如糠醛）是主要瓶颈。研究发现R. toruloides能自然降解80-100%的抑制剂，而适应性实验室进化（ALE）策略使T. cutaneum的脂质产量提升6倍。C1原料（甲醇、CO₂）的利用也取得进展，例如通过电催化将CO₂转化为乙酸，再被Y. lipolytica转化为β-法尼烯（14.8 g/L）。

菌株工程与产品多样化

通过阻断β-氧化和增强NADPH供应，R. toruloides的神经酸（NA）产量达44.2 g/L。乙酰辅酶A通量的重编程还实现了萜类（如31.9 g/L的β-法尼烯）和聚羟基脂肪酸酯（PHAs）的高效合成。有机酸生产中，柠檬酸（111 g/L）和D-阿拉伯糖醇（49 g/L）的产量已接近工业化需求。

未来展望

扩大"产油酵母"定义至鞘脂等非TAG类产物、整合技术经济分析（TEA）以及中试规模验证，将是推动其产业化的关键。尽管挑战犹存，产油酵母在绿色制造领域的潜力已不容忽视。