柚皮素是多种高价值黄酮类化合物的关键前体，广泛应用于医药、保健品和功能性食品等领域。近日，中国科学院微生物研究所唐双焱团队在International Journal of Biological Macromolecules发表题为“Global regulator DksA as a key target for naringenin biosynthesis identified via whole-cell directed evolution”研究论文。该研究通过全细胞定向进化策略，显著提升了柚皮素的生物合成效率，最终在摇瓶培养条件下产量达到797 mg/L。
研究团队通过构建一种基于调控蛋白FdeR的柚皮素全细胞生物传感器，实现了对柚皮素细胞工厂基因组及关键限速酶对香豆酸辅酶A连接酶（4CL）的定向进化。在基因组层面，研究发现过表达全局调控蛋白DksA可显著提升柚皮素产量。通过对DksA定向进化，产量得到进一步提高。转录组分析发现，突变体DksA不仅增强了代谢通量，还提升了细胞抗逆性和稳定性，为高效合成提供了更稳健的宿主环境。在酶水平上，研究利用生物传感器筛选得到4CL突变体C1E1，其催化效率较野生型提高3.02倍。最终经过优化，在摇瓶培养条件下，柚皮素产量达797 mg/L，展现了全细胞定向进化策略在天然产物生产中的巨大潜力。该研究不仅拓展了传统代谢工程的改造思路，更为天然产物的生产提供了新策略。
中国科学院微生物研究所博士研究生张旋旋、助理研究员向腊和硕士研究生孙旭为论文共同第一作者，北京工商大学金建明教授、微生物所梁朝宁副研究员和唐双焱研究员为论文共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院科研仪器设备研制项目和北京市科技项目的经费支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.148717
全细胞生物传感器工作原理（图A），以此定向进化合成途径限速酶4CL（图B）和全局转录因子DksA（图C）可提高柚皮素生物合成（图D）
