[发明专利]一种高效生产类胡萝卜素的基因工程菌及其构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效生产类胡萝卜素的基因工程菌及其构建方法和应用，属于基因工程技术领域。所述基因工程菌以产类胡萝卜素的工程菌株为出发菌，其染色体上整合了多向耐药性转录因子编码基因PDR1或PDR3；或者，所述基因工程菌以产类胡萝卜素的工程菌株为出发菌，宿主菌内含有包含了多向耐药性转录因子编码基因PDR1或PDR3的重组表达质粒。本发明通过在产类胡萝卜素的工程菌株中导入多向耐药性转录因子编码基因PDR1或PDR3，使得相应转录调控因子在菌株内成功表达，促进类胡萝卜素的合成，显著提高类胡萝卜素的产量，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，具体涉及一种能够实现类胡萝卜素高效生产的基因工程菌及其构建方法和应用。

背景技术

随着转基因技术的发展，利用基因工程法产生的菌类生产类胡萝卜素成为研究的热点。类胡萝卜素作为脂溶性产物，在细胞膜内的积累达到一定阈值后往往会造成细胞损伤。研究发现，在酿酒酵母中异源合成的类胡萝卜素会嵌入细胞膜(Investigation ofcellular targeting of carotenoid pathway enzymes in Pichia pastoris,JBiotechnol,2009)。因此，类胡萝卜素的合成与积累常常对酵母细胞造成胁迫，从而限制其生物制造效率。

多向耐药性(pleiotropic drug resistance,PDR)蛋白家族作为酿酒酵母天然存在的胁迫耐受系统调控的组成部分，在酵母对大量细胞毒性化合物的抗性中起着重要作用(Characterization of three pleiotropic drug resistance transporter genes andtheir participation in the azole resistance of Mucor circinelloides,FrontCell Infect Microbiol,2021)。

转录组学研究分析发现，在高产β-胡萝卜素的酿酒酵母工程菌株中PDR转运蛋白的表达上调，并且在胞外检测到微量β-胡萝卜素，而敲除PDR10基因则使β-胡萝卜素产量显著下降(Heterologous carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae inducesthe pleiotropic drug resistance stress response,Yeast,2010)。在圆红冬孢酵母中表达酿酒酵母PDR10基因，不仅能促进类胡萝卜素的合成还能将部分圆酵母素、β-胡萝卜素和红酵母红素分泌到胞外(Engineering Rhodosporidium toruloides with a membranetransporter facilitates production and separation of carotenoids and lipidsin a bi-phasic culture,Appl Microbiol Biotechnol,2016)。与此相似，在酿酒酵母工程菌株中过表达PDR转运蛋白，也能够促进β-胡萝卜素的合成和分泌，β-胡萝卜素产量最多可提升32％(Engineering endogenous ABC transporter with improving ATP supplyand membrane flexibility enhances the secretion of beta-carotene inSaccharomyces cerevisiae,Biotechnol Biofuels,2020)。

但是PDR转运蛋白作为一种膜蛋白，过量的表达会增加细胞的代谢负担，并且分泌的类胡萝卜素含量占比很低，难以形成常规调控策略。

因此，如何调控多向耐药性蛋白促进类胡萝卜素的生物合成是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效生产类胡萝卜素的基因工程菌，利用微生物异源合成方式高效制备类胡萝卜素。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：