玉米黃素(zeaxanthin)是光合生物重要色素，具有保護(hù)細(xì)胞免受高光損傷的作用。玉米黃素也是視網(wǎng)膜黃斑重要色素，具有保護(hù)眼睛、維護(hù)視覺和認(rèn)知等功能。人和動(dòng)物自身不能合成玉米黃素，必須從食物中攝取。蔬菜和水果是玉米黃素的主要來源，但人體每天數(shù)毫克的需求量難以從只含微克量水平的食物中得到。因此玉米黃素是人群最普遍缺乏的營(yíng)養(yǎng)元素，發(fā)掘玉米黃素新資源具有現(xiàn)實(shí)意義。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所功能基因組學(xué)與利用團(tuán)隊(duì)黃俊潮研究組長(zhǎng)期從事類胡蘿卜素生物合成研究工作，最近在玉米黃素生物合成研究中取得新的進(jìn)展。
　　研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)分離到一株新的能合成和積累念珠藻黃素（玉米黃素的羥化衍生物）的鞘氨醇單胞菌（Sphingobium sp.）進(jìn)行全基因組測(cè)序及基因功能分析，解析了該菌類胡蘿卜素合成的途徑。同時(shí)用化學(xué)誘變劑處理該菌得到CrtG基因功能缺陷、只積累玉米黃素的突變株。其次建立基于該菌內(nèi)源質(zhì)粒的基因表達(dá)載體，篩選適合驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)的內(nèi)源啟動(dòng)子，鑒定該菌玉米黃素合成的關(guān)鍵限速步驟。在此基礎(chǔ)上，通過代謝工程的改造最終獲得遺傳穩(wěn)定的DIZ工程菌株，該菌株經(jīng)培養(yǎng)優(yōu)化后可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐培養(yǎng)4天得到每升培養(yǎng)物含479毫克的玉米黃素以及22克胞外多糖。鞘氨醇單胞菌是普遍認(rèn)為安全（GRAS）的菌株，已用于工業(yè)化生產(chǎn)多用途的胞外多糖。該研究系首次在該菌實(shí)現(xiàn)遺傳操作，獲得高產(chǎn)玉米黃素的安全工程菌株，有望解決目前玉米黃素供不應(yīng)求、價(jià)格高等問題。
　　該研究結(jié)果以Enhanced coproduction of cell-bound zeaxanthin and secreted exopolysaccharides by Sphingobium sp. via metabolic engineering and optimized fermentation 為題發(fā)表于Journal of Agricultural and Food Chemistry (DOI:10.1021/acs.jafc.9b05342)。該成果涉及的技術(shù)已申請(qǐng)專利(201610866211.x;201610657389.6)。昆明植物所博士研究生劉萌萌為該論文第一作者，黃俊潮為通訊作者。該研究得到云南省野生植物資源與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的部分資助。
　　高產(chǎn)玉米黃素菌株的建立及其發(fā)酵生產(chǎn)