综述：迈向可持续的大豆异黄酮生产：策略、挑战与前景

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Toward sustainable soybean isoflavone production: Strategies, challenges, and prospects

　　

• •
  异黄酮是关键的植物雌激素，需要可持续的生产方式
• •
  总结了大豆异黄酮的关键生物合成策略
• •
  提供了各种方法的主要瓶颈及可能的解决方案
• •
  采用代谢工程策略实现可持续的异黄酮生产

章节片段

异黄酮的生物活性与合成生产的必要性

异黄酮是黄酮类化合物的一个独特亚类，其特征是B环从黄酮类C环的2位迁移至3位，形成3-苯基色酮-4-酮骨架。这种结构重排是其生物活性的基础，使其与哺乳动物雌激素如17β-雌二醇具有相似性。

异黄酮在植物和人类健康中发挥多种作用。在植物中，异黄酮不仅作为关键的

异黄酮生物合成途径分析

大豆是异黄酮最丰富的膳食来源，主要苷元包括大豆苷元、大豆苷和黄豆黄素。在植物中，这些苷元主要以糖苷结合物的形式存在。它们可以经历进一步的修饰，如丙二酰化或乙酰化，然后被储存在液泡中。异黄酮的生物合成是一个多步骤酶促级联反应。它始于通用的苯丙烷途径，然后进入一个特异的

命令与控制系统：异黄酮合成的转录调控

早期的代谢工程尝试发现，仅仅过表达生物合成途径中的单个结构基因，如PAL、CHS或IFS，通常对大豆中异黄酮总含量的影响微乎其微。相比之下，更有效的策略是操作转录因子，它们可以结合多个结构基因的启动子，并协调激活或抑制整个途径中基因的表达。这

增强异黄酮生产的代谢工程策略

在过去的二十年中，基于对异黄酮生物合成途径及其调控网络的深入理解，研究人员开发并应用了多种代谢工程策略来提高大豆或异源宿主中异黄酮的生产和积累。本文总结了提高大豆内源异黄酮积累的代谢工程策略，以及

微生物细胞工厂：从头合成异黄酮

目前采用的大豆异黄酮生产的常规方法包括植物提取和化学合成，两者都存在明显的缺点。对于植物提取，纯化过程相对繁琐。相比之下，化学合成受到异黄酮复杂的多环C6-C3-C6骨架的阻碍，导致合成路线长、效率低，需要苛刻的反应条件且对环境不友好。总的来说，这些限制阻碍了

结论与未来展望

大豆异黄酮合成生物学的研究已从最初绘制基本代谢蓝图发展到实现原生生境和异源底盘中的系统性调控和重构。这一进步使得研究者的关注重点从"如何构建"转变为"构建什么"的范式转变。随着工程技术的日益强大和可扩展性，未来进展的主要限制将是

CRediT作者贡献声明

杜佳林：方法论、调查、正式分析、验证、写作 - 原稿。魏健：方法论、调查、正式分析、验证。冯先中：方法论、调查、正式分析、验证。梁正威：资源、写作 - 审阅与编辑。Raphael N. Alolga：概念化、方法论、写作 - 审阅与编辑。尹小健：概念化、方法论、数据整理、写作 - 审阅与编辑、监督、资金获取。

利益冲突声明

作者没有利益需要声明。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究部分得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFD1502400）、中国科学院东北地理与农业生态研究所青年科学家群项目（2023HTDGZ-QN-02）、国家自然科学基金（U25A20677）和吉林省自然科学基金（YDZJ202601ZYTS319）的支持。

杜佳林|魏健|冯先中|梁正威|Raphael N. Alolga|尹小健