华南理工大学潘力/王斌教授团队 Metabolic Engineering | 构建黑曲霉多功能底盘细胞，实现聚酮类天然产物的高效生物合成

 聚酮类天然产物涵盖他汀类降脂药、大环内酯类抗生素等重要药物，但异源生产效率不足长期制约其规模化应用。华南理工大学潘力、王斌团队在 MetabolicEngineering 发表最新研究，通过系统改造黑曲霉（Aspergillus niger）底盘细胞，构建了兼具高产率与可放大能力的聚酮类化合物生产平台：三乙酸内酯（TAL）摇瓶产量达7.50 g/L，生物反应器放大至 25.08 g/L；莫纳可林 J 摇瓶产量 1.68 g/L，反应器放大至 2.61 g/L；并实现黄酮类化合物柚皮素的异源合成，产量达 384.91 mg/L。

 一、底盘菌株的筛选

 研究团队对六株工业黑曲霉菌株的形态特征、生长特性及胞内乙酰辅酶A、NADPH、丙二酰辅酶A等前体水平进行系统评价，最终鉴定细胞壁完整性存在缺陷的 HL-1 菌株生长速率快、关键前体水平高，且其内源次级代谢基因簇在液体发酵中转录水平较低，适合作为聚酮类化合物生产的底盘菌株。

图1｜六株工业黑曲霉候选菌株的表型特征与关键代谢前体水平比较

 二、亚细胞区室化效应

 以Ⅲ型聚酮合酶 GhPS 为模式酶，比较细胞质与过氧化物酶体两种亚细胞定位对 TAL 合成效率的影响，结果显示细胞质定位组产量（4.39 g/L）为过氧化物酶体定位组（0.74 g/L）的 5.88 倍，提示细胞质中丙二酰辅酶A可利用量显著更高，是更适宜的聚酮合成场所。

图2｜黑曲霉细胞质与过氧化物酶体聚酮合成效率比较

 三、前体供给的靶向强化

 针对莫纳可林 J（8 分子丙二酰辅酶A需求）与 TAL（1 分子乙酰辅酶A+2分子丙二酰辅酶A需求）的差异化代谢瓶颈，团队分别引入非天然丙二酰辅酶A合成（NCM）途径与柠檬酸外排蛋白基因 cexA 敲除策略，使二者产量分别提升至1682.85 mg/L（2.01 倍）与 5.24 g/L。进一步将丙二酰辅酶A合成酶 ACC1 靶向至过氧化物酶体、联合细胞质双区室共同合成 TAL，摇瓶产量达 7.02 g/L。

图3｜强化丙二酰辅酶A供给提升莫纳可林J产量

图4｜细胞质-过氧化物酶体双区室协同策略提升TAL产量

 四、基因拷贝数优化

 基于 landingpad 系统与 fcy1 反向筛选标记构建一步法多拷贝整合平台，双拷贝菌株 TAL 摇瓶产量达 7.50 g/L，较单拷贝提升 22%；拷贝数进一步增至三拷贝后产量未见提升，提示存在最优拷贝数区间。

图5｜多拷贝整合策略优化TAL生物合成

 五、生物反应器放大验证

 在 1.5L 补料分批发酵中，以玉米淀粉为碳源，莫纳可林 J 产量达 2.61 g/L，TAL 产量达 21.73–25.08 g/L，验证了该平台的工业化放大潜力。

 六、通用表达平台与柚皮素合成

 团队构建了Ⅲ型聚酮合酶（T3PKS）即插即用表达平台，验证黑曲霉内源 AnPKS 的功能有效性；并通过引入 4-香豆酸辅酶A连接酶、查耳酮合酶及查耳酮异构酶、敲除内源 katA 基因，实现柚皮素异源合成，产量达 384.91 mg/L，较敲除前提升 92%，展现该平台在黄酮类化合物生产中的应用潜力。

图6｜黑曲霉Ⅲ型聚酮合酶通用表达平台及柚皮素异源合成

 该研究从底盘筛选、亚细胞区室化、前体供给、基因拷贝数及反应器放大等维度对黑曲霉进行系统性工程改造，构建了兼具高产率与通用性的聚酮类天然产物生产平台，为聚酮及黄酮类天然产物的异源生物合成提供了可推广的工程化范式。

 本文第一作者为2022级博士研究生姚淋淋；通讯作者为华南理工大学生物科学与工程潘力教授。

 本研究得到国家重点研发计划（批准号：2024YFA0918301）、广东省重点领域研发计划（批准号：2024B1111150001）及国家自然科学基金（批准号：32570082）的资助。作者声明不存在可能影响本研究结果的已知利益冲突。