9月28日，Metabolic engineering communications期刊在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王勇研究组题为“Diversion of metabolic flux towards 5-deoxy(iso)flavonoid production via enzyme self-assembly in Escherichia coli”的研究论文，该研究利用蛋白自组装策略优化大肠杆菌中5-脱氧类黄酮的生物合成。

　　黄酮是具有C6-C3-C6结构的多酚类物质，是植物在长期自然选择过程中产生的一类次级代谢的产物，作为抗氧化剂、抗菌剂、感光器等存在。许多黄酮类化合物还具有多种药理活性，在医药、食品及保健品领域具有广泛应用价值。根据A环C5位是否存在羟基这一特征，将黄酮类化合物分为C5-羟基类黄酮及C5-脱氧类黄酮两大类。前者普遍存在于各种植物体内，而后者则主要存在于豆科植物中。

　　查尔酮还原酶(CHR)处于黄酮合成途径的分支点，对C5-羟基的有无起决定作用。研究人员通过基因组信息挖掘了甘草中的CHR基因，并构建甘草素的合成途径。然而发酵产物中积累大量的柚皮素，甘草素产量仅为柚皮素的1/4。为了优化甘草素的合成，研究人员利用不同植物来源查尔酮合成酶(CHS)与CHR进行正交筛选，发现GmCHS7和GuCHR的最优组合将这一比例提高到50%，甘草素合成产量提高到36 mg/L。为进一步增加产物中甘草素的比例，研究人员开发出一种顺序自组装酶反应器，利用相互作用的蛋白对（PDZ和PDZ ligand）将GmCHS7和GuCHR进行双酶自组装，借此减少中间体扩散及传递时间，从而使反应优先流向甘草素方向。该策略有效促进了甘草素的生成，使产物中甘草素的比例提高到55%，合成产量达到45 mg/L。

　　为了创建人工植物黄酮代谢子，增加二氢黄酮合成效率，研究者使用不同摩尔比的PDZ，SH3及GBD构建了一系列蛋白骨架，将CHS、CHR、CHI按比例依次进行空间富集，筛选到P4S2G可使二氢黄酮的产量提1.4倍，但是甘草素的比例没有进一步获得提升。可能由于本策略提升了反应蛋白局部浓度，但是并没有考虑到反应所需的辅因子如NADPH等。研究还使用蛋白自组装策略优化了5-脱氧黄酮及5-脱氧异黄酮的生物合成。

　　中国科学院分子植物科学卓越创新中心李建华博士和河南大学硕士生许方琳为该论文并列第一作者。中国科学院分子植物科学卓越创新中心王勇研究员为共同通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市优秀学术带头人计划、中科院先导科技专项等项目的资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mec.2021.e00185