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      異戊二烯生物合成研究進(jìn)展

      2016-03-07 09:09:20張雯雯曾日中楊禮富顧金剛
      微生物學(xué)雜志 2016年6期
      關(guān)鍵詞:異戊二烯埃希菌甲基

      張雯雯, 曾日中, 楊禮富*, 顧金剛

      (1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心,北京 100081;2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所 農(nóng)業(yè)部橡膠樹生物學(xué)與遺傳資源利用重點(diǎn)實驗室,海南 儋州 571737;3.海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院,海南 ???570100)

      異戊二烯生物合成研究進(jìn)展

      張雯雯1,2,3, 曾日中2, 楊禮富2*, 顧金剛1*

      (1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心,北京 100081;2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所 農(nóng)業(yè)部橡膠樹生物學(xué)與遺傳資源利用重點(diǎn)實驗室,海南 儋州 571737;3.海南大學(xué) 環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院,海南 ???570100)

      異戊二烯(isoprene),又名2-甲基-1、3-丁二烯,是最簡單的類異戊二烯化合物,是橡膠的重要前體物質(zhì),在精細(xì)化工如香料、新型農(nóng)藥等方面應(yīng)用廣泛。異戊二烯主要依賴化石燃料合成,但生產(chǎn)成本較高、易污染環(huán)境,生物法合成異戊二烯具有巨大的潛在應(yīng)用價值,本文綜述了生物法合成異戊二烯的主要途徑與研究進(jìn)展。

      異戊二烯;生物合成;MVA途徑;MEP途徑

      類異戊二烯化合物廣泛存在于自然界中,其中異戊二烯(2-甲基-1、3-丁二烯)是最簡單的類異戊二烯化合物[1],在常溫下是一種無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的油狀液體,沸點(diǎn)較低(34 ℃),能與乙醇、乙醚和丙酮等有機(jī)溶劑混溶。異戊二烯含有共軛雙鍵[2],是萜烯類物質(zhì)生物合成的共同前體,化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,能與多種化合物發(fā)生共聚合反應(yīng),用于合成橡膠、彈性體、類異戊二烯藥物等重要的化工原料和藥物[3-4]。在工業(yè)生產(chǎn)中,異戊二烯主要通過萃取精餾法和共沸精餾法[5]從C5餾分中分離,雖然化學(xué)合成和分離的技術(shù)在不斷地改進(jìn)和成熟,但是隨著石油的逐漸耗盡及不可再生性,材料短缺將會成為工業(yè)生產(chǎn)異戊二烯的瓶頸。利用微生物發(fā)酵[6]能夠得到單體異戊二烯,具有成本低廉、產(chǎn)量較高、生產(chǎn)周期較短、污染少等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為近年來該領(lǐng)域研究學(xué)者頗為關(guān)注的生產(chǎn)方法。據(jù)文獻(xiàn)報道,產(chǎn)異戊二烯的野生菌中以桿菌產(chǎn)量最大,但產(chǎn)量很低不能滿足工業(yè)生產(chǎn)[7]。因此通過基因工程手段改造菌株代謝途徑,實現(xiàn)異戊二烯的大規(guī)模生產(chǎn)有著極為樂觀的前景。

      1 異戊二烯的生物合成途徑

      生物合成異戊二烯主要有兩條途徑[8]:甲羥戊酸(mevalonate pathway,MVA)途徑和甲基赤蘚糖醇磷酸(2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate,MEP)途徑。MVA途徑由Lynen等[9]發(fā)現(xiàn),并由Newman等[10]闡明。該途徑主要存在于真核生物、古菌和高等植物的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)[11-12]中,主要合成倍半萜、甾醇等三萜以及一些多萜化合物。在MVA途徑發(fā)現(xiàn)后的30多年里,人們普遍認(rèn)為所有的生物都能夠通過該途徑合成萜類物質(zhì)。1999年,Rohmer等[13]發(fā)現(xiàn)了合成萜類物質(zhì)的另一條途徑——甲基赤蘚糖醇磷酸(MEP)途徑,并由Lichtenthaler[14]闡明,也稱為1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway,DXP)途徑。該途徑主要存在于大多數(shù)細(xì)菌、綠藻和高等植物的葉綠體[13,15]內(nèi),主要合成單萜、二萜以及類胡蘿卜素、葉綠素、質(zhì)體醌等多萜化合物。一些真細(xì)菌和高等植物的質(zhì)體中同時存在[16-17]這兩條途徑。將葡萄糖轉(zhuǎn)換為IPP時,MVA途徑和MEP途徑在化學(xué)計算、能量損耗和氧化/還原平衡等方面存在較大差異[18],其中,MVA途徑能量損耗較少,而MEP途徑具有較高的理論收率。此外,構(gòu)建MVA代謝途徑的大腸埃希菌和MEP途徑的藍(lán)細(xì)菌均能合成異戊二烯[19]。

      1.1 MVA途徑

      兩分子乙酰CoA (acetyl coenzyme A, AcCoA)在乙酰乙酰CoA硫解酶(acetoacetyl-CoA thiolase,AtoB)的作用下形成乙酰乙酰CoA(acetoacetyl-CoA,AACoA),經(jīng)過羥甲基戊二酸CoA合酶(hydroxymethylglutaryl-CoA synthase, HMGS)催化形成3-羥基-3-甲基戊二酰CoA(hydroxymethylglutaryl-CoA, HMG-CoA),然后再在羥甲基戊二酰CoA還原酶(hydroxymethylglutaryl-CoA reductase, HMGR)的作用下與兩分子NADPH生成甲羥戊酸(mevalonate,MVA),再經(jīng)甲羥戊酸激酶(mevalonate kinase,MK)的催化作用,形成甲羥戊酸-5-磷酸(mevalonate-5-phosphate,MVAP),接著在磷酸甲羥戊酸激酶(phosphomevalonate kinase,PMK)催化作用下生成甲羥戊酸-5-二磷酸(mevalonate-5-diphosphate,MVAPP),再經(jīng)甲羥戊酸焦磷酸脫羧酶(mevalonate pyrophosphate decarboxylase,MPD)催化形成異戊烯基焦磷酸(isopentenyl diphosphate, IPP),以IPP為前體合成異戊二烯(圖1)。

      1.2 MEP途徑

      DXP途徑開始于糖酵解的中間產(chǎn)物——丙酮酸(pyruvate)和甘油醛-3-磷酸(glyceraldehyde-3-phosphate,G3P)。丙酮酸和G3P通過1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS)縮合形成DXP,DXP在脫氧木酮糖磷酸鹽還原異構(gòu)酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase, IspC)的作用下還原為MEP,隨后由4-二磷酸胞苷-2-C-甲基-D-赤蘚糖醇合酶(4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase,IspD)、4-二磷酸胞苷-2-C-甲基-D-赤蘚糖醇激酶(4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase,IspE)、2-C-甲基-D-赤蘚糖醇2,4-環(huán)焦磷酸合成酶(2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase,IspF)、1-羥基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸合酶(1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate synthase,IspG)、1-羥基-2-甲基2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸還原酶(1-hydroxy-2-methyl-butenyl 4-diphosphate reductase,IspH)編碼的5種酶催化連續(xù)反應(yīng),使DXP轉(zhuǎn)化為IPP和二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl diphosphate, DMAPP)。IPP及其異構(gòu)體DMAPP可通過由isopentenyl pyrophosphate isomerase(Idi)編碼的異戊烯基二磷酸異構(gòu)酶(isopentenyl phosphate isomerase, IPI)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。異戊二烯合成酶(isoprene synthase, IspS)催化DMAPP形成異戊二烯(Isoprene)(圖1)。

      MVA途徑和MEP途徑分別通過相關(guān)的酶系進(jìn)行催化還原合成異戊二烯。IPP和DMAPP是異戊二烯和其他類異戊二烯(如甾醇、類胡蘿卜素、長醇)生物合成的通用前體,其中IPP 是兩條途徑的共同中間體,兩條途徑所產(chǎn)生的IPP可以穿過質(zhì)體膜互為對方所用[8],但I(xiàn)PP如何跨膜傳遞的機(jī)理尚不清楚。IPP在異戊烯基焦磷酸異構(gòu)酶(isopentenyl pyrophosphate isomerase,Idi)的作用下部分轉(zhuǎn)化為雙鍵異構(gòu)體DMAPP,從而合成異戊二烯。IspS催化DMAPP合成異戊二烯,已從銀白楊(Populusalba)[20]、銀白楊×歐洲山楊(P.alba×P.tremula)、越南葛藤(Puerariamontana)[21]等植物中克隆和鑒定,但迄今沒有原核生物IspS序列的相關(guān)報道。

      圖1 異戊二烯生物合成途徑Fig.1 Pathways of isoprene biosynthesis

      2 植物合成異戊二烯

      植物揮發(fā)的眾多有機(jī)碳?xì)浠衔镏?,主要成分為異戊二烯,它的合成和釋放對全球變化和環(huán)境污染有著極其重要的作用。自從首次報導(dǎo)[22]植物能夠產(chǎn)生并釋放異戊二烯以來,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)很多種綠色植物[23]具有釋放這種揮發(fā)性化合物的能力,如金葉刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、歐洲黑楊(PopulusnigraL.)、白柳(SalixalbaL.)、錦熟黃楊(BuxussempervirensL.)等。植物主要通過葉片釋放異戊二烯,其產(chǎn)生與光照、溫度以及葉片的生長緊密相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),植物產(chǎn)異戊二烯是即時產(chǎn)生即時釋放的,沒有專門的貯藏組織,且不能從葉綠體中分離到完整的異戊二烯合成系統(tǒng)。異戊二烯的生物合成主要依賴新固定的碳水化合物,同時受葉綠體ATP水平的控制。目前,在植物中發(fā)現(xiàn)并分離純化一種產(chǎn)異戊二烯酶——異戊二烯合成酶(Isoprene synthase,IspS)。Silver等[24]利用歐洲山楊葉中提取的活性物質(zhì),以二甲基丙烯基二磷酸為原料合成了異戊二烯,提取的活性物質(zhì)pH=8時,活性較高。異戊二烯在大氣中的年均排放量與甲烷相當(dāng),收集大氣中的異戊二烯作為一種可持續(xù)的新能源卻鮮有報道,但由于其收集難度大、太陽能轉(zhuǎn)化效率低[25],因此目前很難利用植物體大規(guī)模生產(chǎn)異戊二烯。

      3 微生物合成異戊二烯

      微生物具有個體小、生長快、能夠利用可再生底物資源等優(yōu)點(diǎn),因此利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)異戊二烯,具有成本低廉、產(chǎn)量較高、生產(chǎn)周期較短、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。合成異戊二烯的野生型菌株種類較多,但是含量較少,并不能滿足生產(chǎn)需求,因此,迫切需要綠色環(huán)保高產(chǎn)的異戊二烯生物合成技術(shù)與手段。

      3.1 合成異戊二烯的微生物

      Kuzma等[7]通過氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用儀檢測發(fā)現(xiàn),Bacillusamyloliquefaciens、B.subtilis、Acinetobactercalcoaceticus等細(xì)菌均能產(chǎn)生異戊二烯,其中,芽胞桿菌產(chǎn)異戊二烯的能力最強(qiáng),在LB培養(yǎng)基中的平均濃度為8.5 nmol/(g·h)。普遍來說,處于對數(shù)期的細(xì)菌產(chǎn)生的異戊二烯量多于穩(wěn)定期。細(xì)菌在不同培養(yǎng)基(如M9、M9T、2×SG、LB)中異戊二烯的產(chǎn)量不同,其中在LB培養(yǎng)基中產(chǎn)量相對較高。在攪拌發(fā)酵罐中培養(yǎng)芽胞桿菌時,加入新鮮的培養(yǎng)基能夠恢復(fù)異戊二烯的高生產(chǎn)速率。此外,有氧和無氧條件下都會產(chǎn)生異戊二烯,芽胞桿菌產(chǎn)異戊二烯的最適溫度為45 ℃,該溫度也是山楊葉片釋放異戊二烯[26]以及催化IspS活性的最適溫度。Scholler等[27]利用GC-MS檢測到26株放線菌共產(chǎn)生120多種揮發(fā)性有機(jī)物,并發(fā)現(xiàn)其中的22株放線菌能夠產(chǎn)生異戊二烯,但是并沒有檢測異戊二烯釋放量。Berenguer等[28]發(fā)現(xiàn)Eurotiumamstelodami(阿姆斯特丹散囊菌)也能合成異戊二烯。

      細(xì)菌中芽胞桿菌產(chǎn)異戊二烯的含量相對較多,因此,Wagner等[29]通過研究B.subtilis6051野生型菌株在生長階段以及孢子形成階段合成異戊二烯的獨(dú)特模式,發(fā)現(xiàn)生長在葡萄糖-蛋白胨培養(yǎng)基上的B.subtilis6051產(chǎn)生異戊二烯分為三個階段:①葡萄糖的分解代謝和羥基丁酮的分泌;②羥基丁酮的分解代謝;③孢子形成初期。B.subtilis6051在孢子形成時期產(chǎn)生的異戊二烯量達(dá)到峰值,根據(jù)該結(jié)果建立了研究異戊二烯代謝機(jī)制的實驗系統(tǒng)。

      3.2 高效異戊二烯菌株的構(gòu)建

      野生型微生物菌株產(chǎn)異戊二烯量少,雖然芽胞桿菌具有較強(qiáng)的產(chǎn)異戊二烯能力,但無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。因此可通過基因工程和代謝工程手段高效率生產(chǎn)異戊二烯的菌株,從而提高異戊二烯產(chǎn)量。可在對微生物異戊二烯的代謝網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑深入研究的基礎(chǔ)上,通過基因工程手段提高參與異戊二烯合成的關(guān)鍵酶和輔助因子的活性,獲得高產(chǎn)異戊二烯的菌株,通過優(yōu)化發(fā)酵條件實現(xiàn)生物橡膠單體異戊二烯的規(guī)模化生產(chǎn)。

      3.2.1E.coli的基因修飾 大腸埃希菌作為一種模式生物,擁有MEP途徑,但由于缺乏異戊二烯合成酶基因,野生型的大腸埃希菌不具有合成異戊二烯的功能,可通過MEP途徑合成萜類化合物。大腸埃希菌的發(fā)酵工藝能夠?qū)崿F(xiàn)基因工程菌株的低成本大規(guī)模生產(chǎn)。因此,從可再生資源的角度考慮,可通過基因工程手段構(gòu)建大腸埃希菌合成異戊二烯的合成途徑,從而提供一個異戊二烯生產(chǎn)系統(tǒng)。

      Miller等[30]首次從白楊中分離到異戊二烯合成酶(IspS)的完整功能性基因,并在E.coli中成功表達(dá),攜帶異戊二烯合成酶基因的大腸埃希菌菌株可在發(fā)酵罐中生產(chǎn)異戊二烯。

      蘇思正等[31]將來源于銀白楊的IspS基因按照E.coli密碼子偏愛性進(jìn)行優(yōu)化,并克隆到表達(dá)載體上,在E.coliBL21(DE3)中異源表達(dá),采用鎳柱親和層析純化重組蛋白并測定IspS活性,并通過搖瓶發(fā)酵實驗對重組菌產(chǎn)異戊二烯進(jìn)行進(jìn)一步研究。結(jié)果表明,IspS能夠在E.coli中高效表達(dá),重組菌的異戊二烯產(chǎn)量達(dá)到 60 μg/L。

      Zhao 等[32]將IspS基因轉(zhuǎn)化到E.coli中,構(gòu)建出合成異戊二烯的MEP途徑,通過過度表達(dá)dxs和dxr可使異戊二烯的產(chǎn)量提高到314 mg/L。Yang 等[33]通過在大腸埃希菌中引入MVA途徑(來源于釀酒酵母)和異戊二烯合成酶基因(來源于銀白楊)生產(chǎn)異戊二烯。將來源于不同生物體中的異戊二烯合成酶基因?qū)隕.coli進(jìn)行表達(dá),結(jié)果顯示,外源的異戊二烯合成酶基因有利于異戊二烯的產(chǎn)生,且對菌體的生長無明顯抑制作用,其中來源于銀白楊的異戊二烯合成酶基因表達(dá)產(chǎn)物的酶活性最高。將釀酒酵母的MVA途徑的上下游途徑基因轉(zhuǎn)入大腸埃希菌表達(dá),搖瓶發(fā)酵和分批補(bǔ)料發(fā)酵結(jié)果表明,在分批補(bǔ)料發(fā)酵中異戊二烯的產(chǎn)量達(dá)到532 mg/L,是目前為止生物合成異戊二烯的最高產(chǎn)量。Ilmena 等[34]通過基因挖掘技術(shù)分離出新的異戊二烯合成酶并在大腸埃希菌中成功表達(dá)。通過序列同源性搜索、多重序列比對以及構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹找出編碼異戊二烯合成酶的候選基因,克隆IspS基因并誘導(dǎo)其在大腸埃希菌中進(jìn)行功能性表達(dá)。結(jié)果顯示,來自于甘薯、芒果、杜英的三種酶具有異戊二烯合成酶活性,其中,甘薯異戊二烯合成酶產(chǎn)生的異戊二烯量最多、速率最快。

      3.2.2B.subtilis的基因修飾 枯草芽胞桿菌是一種革蘭陽性、產(chǎn)孢、桿狀土壤細(xì)菌,底物范圍廣、代謝潛力大、生長速率較高,且能在嚴(yán)苛的環(huán)境下(如低pH、高溫、高鹽濃度)存活,能利用戊糖、己糖、木質(zhì)纖維素為底物,產(chǎn)異戊二烯能力比細(xì)菌更高,因此被作為過表達(dá)異戊二烯的宿主。同時,枯草芽胞桿菌已被美國食品藥物管理局列入GRAS認(rèn)證(Generally Recognized as Safe)。Wagner等[35]為了追蹤B.subtilis中異戊二烯的代謝途徑,用13C-和2H-標(biāo)記的方法以及利用GC-MS對釋放的異戊二烯進(jìn)行分析檢測,證明了與異戊二烯生物合成途徑相關(guān)的如下證據(jù):①[13C]I來自于[13C]pyruvates;②一定濃度的辛代他汀抑制HMGR而不抑制B.subtilis;③B.subtilis基因組中無HMGR基因序列(MVA途徑必須存在的基因);④亮氨酸(Leu)的降解可能作為合成異戊二烯的碳骨架,但在5,5,5-[2H3]-Leu或isoprophyl-[2H7]-Leu中并沒有檢測到重氫,而當(dāng)氨基酸降解時,可形成異戊二烯。這些證據(jù)表明,B.subtilis中存在MEP代謝途徑中的關(guān)鍵酶基因,B.subtilis通過MEP途徑生物合成異戊二烯。Julsing等[36]對B.subtilis中參與MEP途徑的相關(guān)基因進(jìn)行基因敲除,然后測試突變菌株的異戊二烯產(chǎn)量。結(jié)果表明,部分突變菌株合成異戊二烯的能力降低,如dxs-,dxr-,IspD-,IspE-,IspF-,IspH-;部分突變菌株合成異戊二烯的能力無明顯改變,如IspS-;還有部分突變株幾乎不再合成異戊二烯,如IspG-,IdiⅠ-,IdiⅡ-。Xue等[37]通過對B.subtilis中的DXP途徑進(jìn)行基因修飾提高異戊二烯的產(chǎn)量。通過過表達(dá)dxs、dxr、dxs和dxr共同過表達(dá),以及SigB的缺失突變,表明dxs過表達(dá)可增加異戊二烯產(chǎn)量,dxr過表達(dá)時產(chǎn)量不變。此外熱、鹽、氧化應(yīng)激誘導(dǎo)異戊二烯的產(chǎn)生,而乙醇則抑制異戊二烯的產(chǎn)生。

      4 展 望

      目前為止,任何數(shù)據(jù)庫中都沒有原核生物的ispS序列?,F(xiàn)有的異戊二烯合成酶都是從植物中分離純化,細(xì)菌中的異戊二烯合成酶基因還未被鑒定??赏ㄟ^構(gòu)建微生物的異戊二烯合成酶基因文庫,分離純化出細(xì)菌的IspS序列,提高異戊二烯合成酶的表達(dá)效率。進(jìn)一步通過分離得到的IspS序列設(shè)計探針,高效快速地篩選產(chǎn)異戊二烯的微生物,解決合成異戊二烯的原料問題。異戊二烯的生物合成方法主要依靠自然界中存在的萜類代謝途徑的酶系,可通過基因敲除手段或基因突變技術(shù)獲得合成異戊二烯途徑中的關(guān)鍵酶,從而通過反饋調(diào)節(jié)代謝途徑流向,更多地積累異戊二烯。在野生型菌株中,很多蛋白不能或者只能微量表達(dá),導(dǎo)致異戊二烯低產(chǎn),想要實現(xiàn)異戊二烯的工業(yè)化生產(chǎn),可通過代謝工程手段獲得高效率生產(chǎn)異戊二烯的生產(chǎn)菌株,并通過對微生物細(xì)胞內(nèi)異戊二烯在細(xì)胞內(nèi)的代謝網(wǎng)絡(luò)和代謝途徑進(jìn)行深入研究,擬定出一整套加強(qiáng)和完善代謝過程中關(guān)鍵酶和輔助因子的方案,進(jìn)而通過基因工程手段改造并獲得高產(chǎn)異戊二烯的生產(chǎn)菌株,最后通過發(fā)酵法實現(xiàn)生物橡膠單體異戊二烯的規(guī)?;a(chǎn)。進(jìn)一步研究利用代謝工程手段改造菌株代謝途徑,完善生產(chǎn)工藝和技術(shù)體系從而實現(xiàn)異戊二烯的大規(guī)模生產(chǎn)。

      [1] Rohmer M, Seemann M, Horbach S. Glyceraldehyde 3-phosphate and pyruvate as precursors of isoprenic units in an alternative non-mevalonate pathway for terpenoid biosynthesis[J].American Chemical Society, 1996,118(11): 2564-2566.

      [2] 岳鵬. 異戊二烯的生產(chǎn)技術(shù)及市場分析[J]. 煉油與化工, 2006, 17(2): 3-5.

      [3] Kesselmeier J, Staudt M. Biogenic volatile organic compounds (VOC): an overview on emission, physiology and ecology[J]. Journal of atmospheric chemistry, 1999, 33(1): 23-88.

      [4] Stephanopoulos G. Challenges in engineering microbes for biofuels production[J]. Science, 2007, 315(5813): 801-804.

      [5] 李東風(fēng), 馬立國. 裂解碳五餾分分離技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 石油化工, 2007, 36(8): 755-762.

      [6] Lindberg P, Park S, Melis A. Engineering a platform for photosynthetic isoprene production in cyanobacteria, usingSynechocystisas the model organism[J]. Metabolic Engineering, 2010, 12(1): 70-79.

      [7] Kuzma J, Marshall MN, Pollock WH, et al. Bacteria produce the volatile hydrocarbon isoprene[J]. Current Microbiology, 1995, 30(2): 97-103.

      [8] Kuzuyama T. Mevalonate and nonmevalonate pathways for the biosynthesis of isoprene units[J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2002, 66(8): 1619-1627.

      [9] Lynen F. Biosynthetic pathways from acetate to natural products[J]. Pure and Applied Chemistry, 1967, 14(1): 137-168.

      [10]Newman JD, Chappell J. Isoprenoid biosynthesis in plants: carbon partitioning within the cytoplasmic pathway [J]. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 1999, 34 (2): 95-106.

      [11]Goldstein J, Brown M. Regulation of the mevalonate pathway[J]. Nature, 1990, 343(6257): 425-430.

      [12]Bloch K. Sterol molecule: structure, biosynthesis, and function[J]. Steroids,1992, 57(8): 378-383.

      [13]Rohmer M. The discovery of a mevalonate-independent pathway for isoprenoid biosynthesis in bacteria, algae and higher plants[J]. Natural Product Reports, 1999, 16: 565-574.

      [14]Lichtenthaler HK. The 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plant[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1999, 50: 47-65.

      [15]Lichtenthaler HK. Non-mevalonate isoprenoid biosynthesis: enzymes, genes and inhibitors[J]. Biochemical Society Transactions, 2000, 28(6): 785-789.

      [16]Takagi M, Kuzuyama T, Takahashi S, Seto H. A gene cluster for the mevalonate pathway fromStreptomycessp. strain CL190[J]. Journal of Bacteriology, 2000, 182(15): 4153-4157.

      [17]Kuzuyama T, Takagi M, Takahashi S, et al. Cloning and characterization of 1-deoxy-D-xylulose 5-pHospHate synthase fromStreptomycessp. strain CL190, which uses both the mevalonate and nonmevalonate pathways for isopentenyl diphosphate biosynthesis[J]. Journal of Bacteriology, 2000,182(4): 891-897.

      [18]Steinbüchel A. Production of rubber-like polymers by microorganisms[J]. Current Opinion Microbiology, 2003, 6(3): 261-270.

      [19]Cervin MA, Whited GM, Chotani GK, et al. Compositions and methods for producing isoprene[P]. United States Patent, 2012, 12/335, 071.

      [20]Sasaki K, Ohara K, Yazaki K. Gene expression and characterization of isoprene synthase fromPopulusalba[J]. FEBS Letters, 2005, 579(11): 2514-2518.

      [21]Sharkey TD, Yeh S, Wiberley AE, et al. Evolution of the isoprene biosynthetic pathway in kudzu[J]. Plant Physiology, 2005, 137(2): 700-712.

      [22]Sanadze JA. Emission of organic matters by leaves ofRobiniapseudoacaciaL.[J]. Soobshch Akad Nauk Gruz SSR, 1957, 19: 83.

      [23]Sharkey TD, Yeh S. Isoprene emission from plants[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 2001, 52:407-436.

      [24]Silver GM, Fall R. Enzymatic synthesis of isoprene from dimethylallyl diphosphate in aspen leaf extracts[J]. Plant Physiology, 1991, 97(4): 1588-1591.

      [25]Melis A. Solar energy conversion efficiencies in photosynthesis: minimizing the chlorophyll antennae to maximize efficiency[J]. Plant Science, 2009, 177(4): 272-280.

      [26]Monson RK, Jaeger CH, Fall R, et al. Relationships among isoprene emission rate, photosynthesis, and isoprene synthase activity as influenced by temperature[J]. Plant Physiology, 1992, 98(2): 1175-1180.

      [27]Scholler CE, Gurtler H, Pedersen R, et al. Volatile Metabolites from Actinomycetes[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2002, 50(9): 2615-2621.

      [28]Berenguer J A, Calderon V, Herce M D, et al. Spoilage of a bakery product by isoprene-producing molds[J]. Revista de Agroquimica y Tecnologia Alimentos(spain), 1991, 31(4): 580-583.

      [29]Wagner WP, Marshall MN, Fall R. Three distinct phases of isoprene formation during growth and sporulation ofBacillussubtilis[J]. Journal of Bacteriology, 1999, 181(15): 4700-4703.

      [30]Miller B, Oschinski C, Zimmer W. First isolation of an isoprene synthase gene from poplar and successful expression of the gene inEscherichiacoli[J]. Rapid Communication, 2001, 213(3): 483-487.

      [31]蘇思正, 劉建忠, 楊建明, 等. 異戊二烯合成酶(IspS)在大腸桿菌中的表達(dá)及其產(chǎn)異戊二烯的研究[J]. 生物加工過程, 2011, 9(3): 6-10.

      [32]Zhao YR, Yang JM, Qin B, et al. Biosynthesis of isoprene inEscherichiacolivia methylerythritol phosphate (MEP) pathway[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2011, 90(6): 1915-1922.

      [33]Yang JM, Zhao G, Sun YZ, et al. Bio-isoprene production using exogenous MVA pathway and isoprene synthase inEscherichiacoli[J]. Bioresource Technology, 2012, 104: 642-647.

      [34]Ilmena M, Ojaa M, Huuskonen A, et al. Identification of novel isoprene synthases through genome mining and expression inEscherichiacoli[J]. Metabolic Engineering, 2015, 31: 153-162.

      [35]Wagner WP, Helmig D, Fall R. Isoprene biosynthesis inBacillussubtilisvia the methylerythritol phosphate pathway[J]. Journal of Natural Products, 2000, 63(1): 37-40.

      [36]Julsing MK, Rijpkema M, Woerdenbag HJ, et al. Functional analysis of genes involved in the biosynthesis of isoprene inBacillussubtilis[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2007, 75(6): 1377-1384.

      [37]Xue JF,Ahring BK. Enhancing Isoprene Production by Genetic Modification of the 1-Deoxy-D-Xylulose-5-Phosphate Pathway inBacillussubtilis[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2011,77(7): 2399-2405.

      Advances in Isoprene Biosynthesis

      ZHANG Wen-wen1, 2, 3, ZENG Ri-zhong2, YANG Li-fu2, GU Jin-gang1

      (1.Inst.ofAgric.Res. &Reg.Planning,ChineseAcad.ofAgric.Sci.,Agric.Cult.Collect’nofChina,Beijing100081; 2.KeyLab.ofBiol.&Gen.Res.ofRubberTree,RubberRes.Inst.,ChineseAcad.ofTrop’lAgric.Sci.,Danzhou571737; 3.Coll.ofEnviron't&PlantProtect.,HainanUni.,Haikou570100)

      Isoprene (2-methyl-1, 3-butadiene) being the simplest member of the isoprenoids, is an important precursor in the synthetic rubber and widely used for perfume or spices and new pesticides. Isoprene is relied mainly on fossil fuel, yet high cost production and environment pollutivesome. Biosynthesis of isoprene possesses huge potential application value. This paper reviewed the main biosynthesis pathway and advances in isoprene.

      isoprene; biosynthesis; MVA pathway; MEP pathway

      張雯雯 女,碩士研究生。研究方向為微生物資源。E-mail:m15501856091@163.com

      * 通訊作者。顧金剛 男,研究員。研究方向為微生物資源。E-mail:gujingang@caas.cn

      2016-01-29;

      2016-03-02

      Q939.9

      A

      1005-7021(2016)06-0098-06

      10.3969/j.issn.1005-7021.2016.06.017

      楊禮富 男,博士,研究員,碩士生導(dǎo)師。研究方向為微生物生理生化與分子生物學(xué)。E-mail:ylfri@126.com

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