萜烯類(lèi)化合物在食品、醫(yī)藥、化妝品、香料、生防等行業(yè)有廣泛的用途。近年來(lái)，萜烯類(lèi)化合物因其加氫產(chǎn)物在生物燃料領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值而受到越來(lái)越多的關(guān)注。萜烯類(lèi)化合物傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是從天然植物中提取或者化學(xué)合成，但是這兩種方法存在產(chǎn)量較低、能耗高、操作流程復(fù)雜、易產(chǎn)生污染等問(wèn)題。隨著合成生物學(xué)的發(fā)展和開(kāi)發(fā)綠色能源的迫切需求，利用工程微生物和可再生糖來(lái)生產(chǎn)萜烯類(lèi)化合物已成為新的研究熱點(diǎn)。青島能源所生物基材料組群精細(xì)化學(xué)品研究組長(zhǎng)期從事生物合成萜烯類(lèi)化合物的研究工作，并在蒎烯、檜烯、松油烯等化合物的生物合成方面取得了一系列重要進(jìn)展（圖1）（Biotechnology for Biofuels 2013, 6:60; Microbial Cell Factories 2014, 13:20; RSC Advances 2018, 8:30851）。
圖1 蒎烯、檜烯、松油烯等化合物的合成途徑
生物法合成萜烯類(lèi)化合物產(chǎn)量主要受兩方面因素的影響：合成途徑中基因的表達(dá)及宿主對(duì)產(chǎn)物的耐受性。以往研究大多只關(guān)注合成途徑中基因的改造，而對(duì)宿主細(xì)胞產(chǎn)物耐受性的研究相對(duì)較少。針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員首先逐漸提高培養(yǎng)基中外源檜烯的濃度對(duì)宿主細(xì)胞進(jìn)行定向馴化（Adaptive laboratory evolution，ALE），獲得了能耐受高濃度檜烯的大腸桿菌馴化菌株(圖2)，利用該菌株作為宿主合成檜烯，其產(chǎn)量達(dá)到191.76 mg/L，是未馴化菌株的8.43倍，為目前已知大腸桿菌合成檜烯產(chǎn)量的最高報(bào)道。接下來(lái)，研究人員通過(guò)基因組重測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、反向工程驗(yàn)證等手段揭示了與耐受性提高相關(guān)的關(guān)鍵途徑和關(guān)鍵基因。首次發(fā)現(xiàn)了3個(gè)與大腸桿菌對(duì)檜烯的耐受性有關(guān)的基因：ybcK、ygiZ 和scpA。該工作的研究策略和結(jié)果為生物合成其它萜烯類(lèi)化合物的研究提供了重要參考。
圖2 定向馴化獲得大腸桿菌檜烯耐受性菌株
A利用逐漸提高培養(yǎng)基中檜烯濃度的定向馴化（Adaptive laboratory evolution，ALE）策略獲得大腸桿菌檜烯耐受性菌株；B 馴化菌株XYF(DE3)和未馴化菌株BL21(DE3)在含有或不含檜烯的培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)狀況
相關(guān)工作近日發(fā)表于生物基化學(xué)品研究重要期刊Biotechnology for Biofuels。該工作獲得了中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、山東省人才項(xiàng)目、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和兩所融合基金等項(xiàng)目的支持。（文/圖 門(mén)瀟）
Tong Wu, Jinfeng Liu, Meijie Li, Ge Zhang, Lijuan Liu, Xing Li, Xiao Men*, Mo Xian*, Haibo Zhang*. Improvement of sabinene tolerance of Escherichia coli using adaptive laboratory evolution and omics technologies. Biotechnology for Biofuels 13, 79 (2020).
