基于乙酰乙酰苯胺胁迫的Blakeslea trispora适应性实验室进化策略显著提升β-胡萝卜素生物合成

本研究针对微生物源天然β-胡萝卜素生产效率不足的产业瓶颈，通过适应性实验室进化（ALE）技术对Blakeslea trispora野生型及UV突变株施加乙酰乙酰苯胺胁迫。经过16个月95次传代培养，获得β-胡萝卜素产量提升45%的进化菌株A278（54±1.95 mg/L），并揭示hmgR、carRA等关键基因上调表达及脂肪酸组成改变等分子机制，为丝状真菌次级代谢产物工业化生产提供新策略。

　　

在营养保健品和食品工业领域，β-胡萝卜素作为维生素A前体物质，其市场需求持续增长。尽管化学合成法占据主流，但微生物发酵生产的天然β-胡萝卜素因结构专一性和安全性更受青睐。然而，丝状真菌Blakeslea trispora的工业化应用仍面临产量不足、环境适应性差等瓶颈。传统诱变育种存在随机性强、性状不稳定等缺陷，而适应性实验室进化（ALE）通过模拟自然选择过程，有望获得兼具高产量和强鲁棒性的工业菌株。

为突破这一技术壁垒，研究人员采用梯度增加乙酰乙酰苯胺（acetoacetanilide）浓度的ALE策略，对B. trispora野生型（W78）和UV突变株（M1）进行长达16个月的定向进化。通过qRT-PCR、GC-MS等关键技术，系统评估了进化菌株的基因表达谱、脂肪酸组成及抗氧化酶活性变化。研究发现：

形态学评估

扫描电镜显示进化菌株A₂78菌丝形态发生显著改变，相较于野生型短而分散的菌丝结构，进化菌株呈现更密集的分枝网络。这种形态改变可能增强营养摄取效率，为β-胡萝卜素合成提供更多前体物质。

278（b）与野生型W78（a）的菌丝形态对比'>

脂肪酸谱分析

GC-MS数据显示进化菌株不饱和脂肪酸占比提升至80.66%，其中亚油酸（18:2）含量达50.28%。这种膜脂组成变化可能通过增强细胞膜流动性，促进疏水性β-胡萝卜素的胞内积累。

抗氧化系统重塑

进化菌株超氧化物歧化酶（SOD）活性显著降低，而β-胡萝卜素产量提升45%，表明细胞可能将抗氧化防御策略从酶系统转向非酶系统的类胡萝卜素积累。

关键基因表达调控

qRT-PCR证实hmgR基因（编码HMG-CoA还原酶）表达量提升2倍，carRA基因（编码八氢番茄红素合成酶）上调1.5倍。这些基因作为甲羟戊酸途径的限速酶，其过表达直接驱动碳流向β-胡萝卜素生物合成。

278关键基因表达变化'>

这项发表于《Scientific Reports》的研究首次证实乙酰乙酰苯胺作为AACS抑制剂可反向促进B. trispora carotenogenesis通路活化。通过整合形态学改造、膜系统优化和代谢流重编程的多层次适应机制，为微生物源天然色素的高效生产提供了可借鉴的进化工程范式。该策略可扩展应用于其他丝状真菌次级代谢产物的工业化开发，具有重要的产业转化价值。