1、萜類化合物是一類以異戊二烯為結構單元，有著廣泛的應用價值的化合物。番茄紅素是一類在食品、醫(yī)藥等領域廣泛應用的萜類化合物。與所有的萜類化合物一樣，番茄紅素是由萜類通用前體物質——異戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)聚合裝配合成的。兩種通用前體物質IPP&DMAPP在生物體內主要有兩條生成途徑:甲羥戊酸途徑(mevalonate pathway，MVA pathway)和2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸(2-meth

2、yl-D-erythritol-4-phosphate pathway，MEP pathway)生物合成途徑。其中異戊烯基焦磷酸異構酶(isopentenyl diphosphate isomerase，IDI)是萜類化合物合成途徑中的關鍵酶，調控著IPP和DMAPP在整個途徑中平衡配比，也是代謝工程改造的主要靶點。
　　本研究以大腸桿菌為細胞工廠，對萜類化合物合成途徑中的關鍵基因idi進行系統(tǒng)性優(yōu)化，并且以獲得高水平合成番茄紅素

3、的工程菌株為主要目的。篩選并克隆了原核微生物、真核微生物、植物、古菌等多種來源的Ⅰ型及Ⅱ型異戊烯基焦磷酸異構酶(IDI)基因，并構建于表達載體pSB1s上，在大腸桿菌E.coli中異源表達。并且分別在MEP途徑和MVA途徑的背景菌株中進行表達產物對比。
　　在強化MEP途徑的工程菌株PX中，將不同來源的IDI的重組載體，以及番茄紅素代謝途徑的質粒pLY10-2Rk同時進行轉化誘導表達，在低背景的菌株中看到不同來源IDI對于MEP菌

4、株番茄紅素的產量存在明顯的影響;同時在引入外源MVA途徑的大腸桿菌菌株中，共轉化pLY10-2Rk以及不同來源的IDI重組載體，發(fā)現(xiàn)不同來源的IDI對于MVA途徑的背景菌株產番茄紅素也存在較大差別，說明同一種IDI在兩條途徑中表現(xiàn)出不一樣的活性。
　　為構建高水平產番茄紅素的工程菌株，分別在MEP途徑中，利用異源IDI協(xié)同相關途徑靶點進行優(yōu)化，即在PXDF菌株中協(xié)同表達IDI及DXS，在對菌株產番茄紅素能力進行檢測后，釀酒酵母來源

5、的Ⅰ型IDI(ScIDI)及芽孢桿菌來源的Ⅱ型IDI(BsIDI)在經優(yōu)化的背景下可以獲得最高的番茄紅素產量，產量分別達到9.96mg/g DCW，8.78 mg/g DCW。
　　限于MEP途徑的局限特點，于是借助于OLMA的DNA組裝方法，利用在MVA途徑中優(yōu)良的PtIDI，對番茄紅素的代謝模塊進行了優(yōu)化篩選，最終得到的工程菌株產量得到57.78mg/g DCW。本研究篩選獲得了分別適用于MEP和MVA途徑的IDI，優(yōu)化后的M