[发明专利]利用转基因微藻生产虾青素的方法

说明书

本申请涉及微藻表达载体，以及使用β‑胡萝卜素酮化酶(β‑carotene ketolase，BKT)和β‑胡萝卜素羟化酶(β‑carotene hydroxylase，CHYB)在转基因微藻中生产虾青素的方法。具体而言，本申请涉及构建微藻表达载体，包含β‑胡萝卜素酮化酶基因(BKT)和β‑胡萝卜素羟化酶基因(CHYB)的微藻表达载体，包含所述微藻表达载体的微藻，使用BKT和CHYB在微藻中生产虾青素的方法，使用所述微藻表达载体制备生产虾青素的转基因微藻的方法，所述微藻表达载体在制备转基因微藻中的应用，以及所述微藻表达载体在生产虾青素中的应用。

技术领域

本申请涉及微藻表达载体，以及使用β-胡萝卜素酮化酶(BKT)和β-胡萝卜素羟化酶(CHYB)在转基因微藻中生产虾青素的方法。具体而言，本申请涉及构建微藻表达载体，包含β-胡萝卜素酮化酶基因(BKT)和β-胡萝卜素羟化酶基因(CHYB)的微藻表达载体，包含所述微藻表达载体的微藻，使用BKT和CHYB在微藻中生产虾青素的方法，使用所述微藻表达载体制备生产虾青素的转基因微藻的方法，所述微藻表达载体在制备转基因微藻中的应用，以及所述微藻表达载体在生产虾青素中的应用。

背景技术

虾青素化学名称是3，3′-二羟基-4，4′-二酮基-β，β′-胡萝卜素^[1]，分子量式C₄₀H₅₂O₄。是一种非维生素A原的类胡萝卜素，也是类胡萝素合成的最高级别产物^[1]，是迄今为止自然界中发现的最强的抗氧化剂，具有强大的抗氧化活性^[2]，其抗氧化性是类胡萝卜素的10倍、维生素E的550倍^[3]，被誉为“超级抗氧化剂”。

虾青素具有重要的生理生化功能。它能向自由基提供电子而生成相应的阳离子基团或吸引自由基的未配对电子形成加合物，从而清除自由基，起到抗氧化作用^[4]。过量的羟自由基会导致机体衰老，清除羟自由基可以调节DNA和重要生命物质的修复过程^[5]，因此虾青素具有增强免疫力、抵抗癌症的作用^[3,6]。虾青素对转谷胺酰胺酶具有特殊作用，能够在皮肤受光时消耗腐胺^[7]，因此其可以防止皮肤衰老。又由于酯化的虾青素可以穿过血脑屏障，因此其对中枢神经系统健康具有重要的生理功能^[8]。酯化态的虾青素易与蛋白质形成复合物，会产生不同的颜色^[2]，因此被广泛的应用于饲料、食品添加剂中。绝大多数海产甲壳类动物和鱼类都含有虾青素，但都是通过食物链从海洋微藻、浮游植物和浮游动物中获得的^[9]。这些海产动物通常都是人类的日常膳食，对人体安全^[2]。因此虾青素在保健品、功能食品、医药、化妆品、饲料添加剂及食品添加剂等方面都有广阔的应用前景^[10]。

但是，虾青素的来源有限，产量远远供不应求。虾青素主要分为人工合成和生物合成，生物合成又分为天然生物合成和转基因生物合成。虾青素最初是从河螯虾外壳、牡蛎和鲑鱼中发现的一种红色类胡萝卜素，但是河螯虾外壳、牡蛎和鲑鱼中的虾青素含量低、提取工艺复杂，此外河螯虾外壳、牡蛎和鲑鱼的来源受到季节的限制。人工合成的虾青素，由于合成工艺复杂，仅有25％为左旋结构，且都是游离形式的虾青素，目前人工合成的虾青素只能用于饲料添加剂，限制了人工合成虾青素的发展。

目前天然虾青素主要来源于雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)，而雨生红球藻具有生长周期长、易污染、细胞密度低等缺点导致虾青素的产率较低^[11]，造成天然虾青素价格昂贵、供不应求。通过优化雨生红球藻的培养工艺或通过筛选突变体来解决虾青素产量低的问题至今尚未取得突破性进展。