[发明专利]成团泛菌β-胡萝卜素合成操纵子及其表达载体与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种色素合成微生物操纵子，尤其涉及一种色素合成成团 泛菌属微生物操纵子，更具体的是涉及一种成团泛菌β-胡萝卜素合成操 纵子及其在合成β-胡萝卜素中的应用。

背景技术

类胡萝卜素是一种天然色素，是由8个类异戊二烯单位组成的一类碳 氢化合物及其氧化衍生物的总称(J.Biotech.，1998，59，169)。

类胡萝卜素可分为四个亚族，包括胡萝卜素，如：α-、β-、γ-胡萝卜 素，番茄红素；胡萝卜醇，如：叶黄素，玉米黄素，虾青素；胡萝卜醇的 酯类，如：β-阿朴-8’-胡萝卜酸酯；胡萝卜酸，如：藏红素，胭脂树橙。 类胡萝卜素的基本结构是番茄红素，其它类胡萝卜素是由其氧化、氢化、 脱氢、环化以及碳架重排、降解而衍生。一般类胡萝卜素是C40分子，但 也存在高类胡萝卜素(如：C45和C50)和降解的类胡萝卜素(如：C30) (Plant Cell，1995，7，1015)。类胡萝卜素在自然界中广泛存在，总数达 600多种，而其中有50余种能形成维生素A。β-胡萝卜素、番茄红素和虾 青素都是类胡萝卜素家族中对人类健康十分重要的三个主要成员(Nutr. Cancer.，1991，16，93)。

美国商业情报机构(Global Industry Analysts(GIA))公司发表了一 份研究报告——《类胡萝卜素：全球战略经营报告》，据该报告预测，随 着含天然营养成分的保健品在消费市场呈现出良好发展势头，到2010年， 全球类胡萝卜素市场的规模预计将达到10.6亿美元。据调查，对类胡萝卜 素这种抗氧化剂的需求之所以不断增长，主要原因是消费者对自身健康的 日益关切以及老龄化人口的不断增加。GIA公司的研究报告对类胡萝卜素 市场进行了全面分解，以弄清楚哪些类别的类胡萝卜素将可能在今后几年 里获得最大的发展。

在类胡萝卜素的国际市场上，β-胡萝卜素是规模最大的一类产品。 2006年，欧洲在β-胡萝卜素上占据的市场份额高达43.3％。研究报告预测， 美国β-胡萝卜素市场的增长速度将超过欧洲。2007-2010年，美国市场的 增速将略高于欧洲市场，其市场价值预计将增加859万美元。到2010年， β-胡萝卜素的市场将达到2.2亿美元。此外，预计到2010年，全球虾青素 市场的规模将达到2.19亿美元；预计到2010年，全球虾青素市场的规模将 达到4.5亿美元。此外，从2007年-2010年，叶黄素和角黄素的总销售额将 增加2880万美元，叶黄素在欧洲市场的增长最为强劲。

所有类胡萝卜素都是通过类异戊二烯化合物或萜类化合物途径合成 的。它是一类从乙酰CoA开始生物合成的次生代谢产物，合成过程为：3 个乙酰CoA分子通过失去1个分子的羧基而缩合成3，5-二羟-3-甲基戊酸 (MVA)，在酶的作用下磷酸化形成焦磷酸酯并经脱羧后形成异戊二烯 焦磷酸(IPP)，IPP在IPP异构酶作用下异构为二甲基丙烯基二磷酸 (DMAPP)，DMAPP依次与3分子的IPP在GGPS(GGPP合成酶)的作用 下，缩合生成二甲基辛烯焦磷(GPP)、法尼基二磷酸(FPP)、二甲基 辛烯二甲基辛烯焦磷酸(GGPP)。2个GGPP在八氢番茄红素合成酶(PSY) 作用下头对头进行二聚作用形成第1个无色的类胡萝卜素——八氢番茄红 素。八氢番茄红素经过连续脱氢反应，共轭双键延长，直至形成链孢红素、 番茄红素。番茄红素在不同环化酶的作用下分别生成α-胡萝卜素、β-胡萝 卜素，α、β-胡萝卜素经引入、转化、环化、氧化等反应形成结构更复杂 的虾青素、叶黄素、新黄质等(Curr.Opin.Plant Biol.，2001，4，210)。