通过工程化大肠杆菌鉴定生姜中参与脱氢姜二酮和姜黄素生物合成的Ⅲ型聚酮合酶

许多有价值的植物代谢物由III型聚酮合酶（PKS）合成，这类酶已成为工程化微生物生产这些化合物体系的重要靶标。姜黄（Curcuma longa）和生姜（Zingiber officinalis）的根茎因其药用和烹饪价值而备受推崇，同时也是具有生物活性的姜黄素类和姜酚类聚酮化合物的来源。对这些化合物日益快速增长的需求，推动了人们鉴定其生物合成途径的研究工作，以促进其异源生产。在姜黄中，协同作用的二酮化物合酶（DCS）与PKS（CURS）组合利用阿魏酰辅酶A和丙二酰辅酶A合成姜黄素。然而，生姜中姜酚类生物合成的真正功能基因迄今尚不明确。 在此，我们报告了生姜中两个DCS/PKS酶对的鉴定结果；在经工程改造、能够提供阿魏酰辅酶A和己酰辅酶A作为底物的大肠杆菌中，它们表现出不同的活性谱。我们表明，其中一个PKS（ZoPKS2）以6-脱氢姜二酮（6-DHG）为主要产物，而另一个PKS（ZoPKS1）则是一种姜黄素合酶。我们发现，当己酰辅酶A不可用时，ZoPKS2会转变为一种高效的姜黄素合酶，因此它是一种双功能酶，可用于便捷地将异源生产切换至这两种高价值产物中的任一种。 前体补料研究表明，这些协同作用的DCS/PKS的底物宽容性可被利用，以获得不同的脱氢姜二酮衍生物；与此同时，生姜PKS的结构模型为未来产物谱的工程改造提供了见解。我们相信，这项工作将丰富III型PKS工具箱，并推动开发用于姜酚类化合物的高效生产平台。

许多有价值的植物代谢产物由III型聚酮合酶（PKS）合成，而这类酶已成为工程化微生物生产这些化合物体系的目标。姜黄（Curcuma longa）和生姜（Zingiber officinalis）的根茎因其药用和烹饪价值而备受推崇，并且是具有生物活性的姜黄素类和姜酚类聚酮化合物的来源。对这些化合物快速增长的需求激发了人们鉴定其生物合成途径的努力，以促进其异源生产。在姜黄中，一个协同作用的二酮化物合酶（DCS）与PKS（CURS）组合可利用阿魏酰辅酶A和丙二酰辅酶A合成姜黄素。然而，生姜中姜酚类化合物生物合成的真正相关基因尚不明确。在此，我们报道了在生姜中鉴定出的两对DCS/PKS组合，它们在经过工程化改造、可提供阿魏酰辅酶A和己酰辅酶A作为底物的大肠杆菌中表现出不同的活性谱。我们表明，其中一种PKS（ZoPKS2）以6-脱氢姜二酮（6-DHG）为其主要产物，而另一种PKS（ZoPKS1）则是一种姜黄素合酶。我们发现，当己酰辅酶A不可用时，ZoPKS2会成为一种高效的姜黄素合酶，因此它是一种双功能酶，可用于方便地将异源生产切换至这两种高价值产物中的任一种。前体补料研究表明，这些协同作用的DCS/PKS的底物宽容性可被利用以获得不同的脱氢姜二酮衍生物，而生姜PKS的结构模型则为未来对产物谱的工程改造提供了见解。我们相信，这项工作将丰富III型PKS工具箱，并推动开发高效的姜酚类化合物生产平台。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.16.739013v1?rss=1

🏷️ Ⅲ型聚酮合酶 生姜生物合成 工程化大肠杆菌 姜黄素合酶 脱氢姜二酮 异源生产