紫穗槐-4,11-二烯合酶催化FPP(farnesyl pyrophosphate,法尼基焦磷酸)生成青蒿素前体紫穗槐-4,11-二烯,是青蒿素生物合成途径中的关键酶。本文对紫穗槐-4,11-二烯合酶的分子生物学和代谢工程研究进行了综述。紫穗槐-4,11-二烯合酶编码基因及其相关核酸序列已经得到了克隆。紫穗槐-4,11-二烯合酶cDNA全长1641bp,编码546aa。紫穗槐-4,11-二烯合酶最适pH范围较宽,但需要二价金属离子作为辅酶才能发挥作用,其产物和底物的特异性不高。在紫穗槐-4,11-二烯合酶作用下,FPP首先进行的是1,6-合环,然后是1,10-合环,形成紫穗槐-4,11-二烯。由于紫穗槐-4,11-二烯合酶在青蒿素生物合成中具有重要的意义,自从其基因被克隆测序后,先后被导入E.coli、S.cereviseae、烟草、拟南芥和A.nidulans,获得了能产生紫穗槐-4,11-二烯的各种工程菌或细胞,研究通过不同方式提高工程菌中紫穗槐-4,11-二烯产量的方法。

构建了两种能产生紫穗槐-4,11-二烯的酿酒酵母工程菌,其中附加体型工程菌W303-1B[pYeDP60/G/ADS]含有表达载体pYeDP60/G/ADS。整合体型工程菌W303-1B[rDNA:ADS]是将ADS基因的表达盒序列通过同源重组的方式整合到酿酒酵母W303-1B基因组中。GC-MS检测发酵产物,结果表明这两种工程菌均能产生紫穗槐-4,11-二烯,但附加体型工程菌产生的紫穗槐-4,11-二烯的产量要高于整合体型工程菌的产量。Southern杂交检测表明,ADS基因以单拷贝的形式整合到W303-1B基因组中,低于附加体型工程酵母中的ADS基因拷贝数。这些结果表明,ADS基因的拷贝数与酵母工程菌中紫穗槐-4,11-二烯的产量呈正相关。