基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌及其构建方法与应用

摘要

本发明公开一种基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌及其构建方法与应用。本发明公开一种类胡萝卜素异构酶Crtiso及应用，且第一次实现全部利用来自杜氏藻的类胡萝卜素途径的基因来构建工程菌。当杜氏藻为杜氏巴氏藻或杜氏盐藻时，所述番茄红素高产工程菌的番茄红素的产率为2.0mg/g细胞干重或3.8mg/g细胞干重。本发明采用的载体的启动子都是T7启动子，包含lacZ调控元件，其在IPTG作用的大肠杆菌BL21(DE3)中能够高表达，这有利于番茄红素的大量积累，可用于实际应用生产。同时本发明还鉴定了ziso和crtiso的功能，验证了植物番茄红素、β‑胡萝卜素的生成必须有这两个酶的共同参与。

权利要求

1.一种类胡萝卜素异构酶Crtiso，其特征在于：其氨基酸序列如SEQ ID NO：8或SEQ ID NO：16所示。

2.编码权利要求1所述的类胡萝卜素异构酶Crtiso的基因，其特征在于：所述基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：7或SEQ ID NO：15所示。

3.权利要求1所述的类胡萝卜素异构酶Crtiso的应用，其特征在于：所述的应用包括如下应用之一：

所述的类胡萝卜素异构酶Crtiso在合成类胡萝卜素中的应用；

或者，15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso和所述的类胡萝卜素异构酶Crtiso在合成类胡萝卜素中的应用；

或者，牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps、八氢番茄红素合成酶Psy、八氢番茄红素脱氢酶Pds、15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso、ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds和所述的类胡萝卜素异构酶Crtiso在合成类胡萝卜素中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps的氨基酸序列如GenBank：APW83740.1或SEQ ID NO：10所示；

所述的八氢番茄红素合成酶Psy的氨基酸序列如SEQ ID NO：2或GenBank：AAB51287.1所示；

所述的八氢番茄红素脱氢酶Pds的氨基酸序列如GenBank：ADD52599.1或GenBank：CAA75094.1所示；

所述的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso的氨基酸序列如SEQ ID NO：4或SEQ ID NO：12所示；

所述的ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds的氨基酸序列如SEQ ID NO：6或SEQ ID NO：14所示。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：编码牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps的基因的核苷酸序列如GenBank：KX231795.1或SEQ ID NO：9所示；

编码八氢番茄红素合成酶Psy的基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：1或GenBank：U91900.1所示；

编码八氢番茄红素脱氢酶Pds的基因的核苷酸序列如GenBank：GQ923693.1或GenBank：Y14807.1所示；

编码15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso的基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：3或SEQ ID NO：11所示；

编码ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds的基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：5或SEQ ID NO：13所示。

6.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于：所述的类胡萝卜素为β-胡萝卜素或番茄红素。

7.一种基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌，其特征在于：基于杜氏巴氏藻（Dunaliella bardawil）代谢途径时，所述番茄红素高产工程菌含有编码GenBank：APW83740.1所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps基因、编码SEQ ID NO：2所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶Psy基因、编码GenBank：ADD52599.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶Pds基因、编码SEQ ID NO：4所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso基因、编码SEQ ID NO：6所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds基因和编码SEQ ID NO：8所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶Crtiso基因；

基于杜氏盐藻（Dunaliella saline）代谢途径时，所述番茄红素高产工程菌含有编码SEQ ID NO：10所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps基因、编码GenBank：AAB51287.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶Psy基因、编码GenBank：CAA75094.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶Pds基因、编码SEQ ID NO：12所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso基因、编码SEQ ID NO：14所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds基因和编码SEQ ID NO：16所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶Crtiso基因。

8.根据权利要求7所述的基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌，其特征在于：基于杜氏巴氏藻（Dunaliella bardawil）代谢途径时，编码GenBank：APW83740.1所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps基因的核苷酸序列为如GenBank：KX231795.1所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：2所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶Psy基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列；

编码GenBank：ADD52599.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶Pds基因的核苷酸序列为如GenBank：GQ923693.1所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：4所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：3所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：6所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：5所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：8所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶Crtiso基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：7所示的核苷酸序列；

基于杜氏盐藻（Dunaliella saline）代谢途径时，编码SEQ ID NO：10所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：9所示的核苷酸序列；

编码GenBank：AAB51287.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶Psy基因的核苷酸序列为如GenBank：U91900.1所示的核苷酸序列；

编码GenBank：CAA75094.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶Pds基因的核苷酸序列为如GenBank：Y14807.1所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：12所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：11所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：14所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：13所示的核苷酸序列；

编码SEQ ID NO：16所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶Crtiso基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：15所示的核苷酸序列。

9.权利要求7或8所述的基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）利用相关基因工程手段从杜氏藻中克隆到牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶Ggps、八氢番茄红素合成酶Psy、八氢番茄红素脱氢酶Pds、15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶Ziso、ζ-胡萝卜素脱氢酶Zds、类胡萝卜素异构酶Crtiso；

（2）将Ggps和Psy构建在pACYduet-1载体上，氯霉素抗性，得到重组载体pACYduet-ggps-psy；将Pds和Zds构建在pCDFduet-1载体上，链霉素抗性，得到重组载体pCDFduet-pds-zds；将Ziso和Crtiso构建在pETduet-1载体上，氨苄抗性，得到重组载体pETduet-ziso-crtiso；

（3）然后将步骤（2）构建的三个重组载体共转化到大肠杆菌BL21(DE3)中，获得基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌；

所述的杜氏藻为杜氏巴氏藻（Dunaliella bardawil）或杜氏盐藻（Dunaliella saline）。

10.权利要求7或8所述的基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌在生产番茄红素中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于：当杜氏藻为杜氏巴氏藻（Dunaliella bardawil）时，所述番茄红素高产工程菌的番茄红素的产率为2.0 mg/g细胞干重；

当杜氏藻为杜氏盐藻（Dunaliella saline）时，所述番茄红素高产工程菌的番茄红素的产率为3.8 mg/g细胞干重。

说明书

基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌及其构建方法与

应用

技术领域

[0001] 本发明涉及基因工程菌领域，涉及植物类胡萝卜素代谢途径载体的构建克隆系统，特别涉及一种基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌及其构建方法与应用；具体
涉及一种杜氏藻(如杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)、杜氏盐藻(Dunaliella saline))
中牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)、八氢番茄红素合成酶(Psy)、八氢番茄红素脱氢
酶(Pds)、15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)、ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)、类胡萝卜素异构酶
(Crtiso)基因的cDNA并构建出高产番茄红素的工程菌。

背景技术

[0002] 类胡萝卜素分子是含8个异戊二烯单位的萜类化合物，其作为有机色素广泛存在于植物的叶绿体和有色体中，以及其它的一些光合组织中，比如藻类，部分细菌和真菌中。
在特定条件下，杜氏藻细胞中类胡萝卜素含量可达到细胞干重的14％。其高含量可能跟酶
的转化效率有很大的关系。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种类胡萝卜素异构酶(Crtiso)。

[0004] 本发明的另一目的在于提供所述的类胡萝卜素异构酶(Crtiso)的应用。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌。

[0006] 本发明的另一目的在于提供上述基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌的构建方法。

[0007] 本发明的再一目的在于提供上述基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌的应用。

[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：

[0009] 本发明提供一种类胡萝卜素异构酶(Crtiso)，其氨基酸序列如SEQ ID NO：8或SEQ ID NO：16所示。

[0010] 一种类胡萝卜素异构酶(Crtiso)基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO：7或SEQ ID NO：15所示。

[0011] 所述的类胡萝卜素异构酶(Crtiso)在合成类胡萝卜素中的应用。

[0012] 进一步的，15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)和类胡萝卜素异构酶(Crtiso)在合成类胡萝卜素中的应用。

[0013] 更进一步的，牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)、八氢番茄红素合成酶(Psy)、八氢番茄红素脱氢酶(Pds)、15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)、ζ-胡萝卜素脱氢酶
(Zds)和类胡萝卜素异构酶(Crtiso)在合成类胡萝卜素中的应用。

[0014] 其中，牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)的氨基酸序列如GenBank：APW83740.1或SEQ ID NO：10所示；其基因的核苷酸序列如GenBank：KX231795.1或SEQ ID 
NO：9所示。

[0015] 八氢番茄红素合成酶(Psy)的氨基酸序列如SEQ ID NO：2或GenBank：AAB51287.1所示；其基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：1或GenBank：U91900.1所示。

[0016] 八氢番茄红素脱氢酶(Pds)的氨基酸序列如GenBank：ADD52599.1或GenBank：CAA75094.1所示；其基因的核苷酸序列如GenBank：GQ923693.1或GenBank：Y14807.1所示。

[0017] 15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)的氨基酸序列如SEQ ID NO：4或SEQ ID NO：12所示；其基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：3或SEQ ID NO：11所示。

[0018] ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)的氨基酸序列如SEQ ID NO：6或SEQ ID NO：14所示；其基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：5或SEQ ID NO：13所示。

[0019] 所述的类胡萝卜素为β-胡萝卜素或番茄红素。

[0020] 本发明提供一种基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌，基于杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)代谢途径时，所述番茄红素高产工程菌含有编码GenBank：
APW83740.1所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)基因、编码SEQ ID 
NO：2所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶(Psy)基因、编码GenBank：ADD52599.1所示氨
基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶(Pds)基因、编码SEQ ID NO：4所示氨基酸序列的15-顺式-
ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)基因、编码SEQ ID NO：6所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶
(Zds)基因和编码SEQ ID NO：8所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶(Crtiso)基因；

[0021] 基于杜氏盐藻(Dunaliella saline)代谢途径时，所述番茄红素高产工程菌含有编码SEQ ID NO：10所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)基因、编码
GenBank：AAB51287.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶(Psy)基因、编码GenBank：
CAA75094.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶(Pds)基因、编码SEQ ID NO：12所示氨
基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)基因、编码SEQ ID NO：14所示氨基酸序列的
ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)基因和编码SEQ ID NO：16所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶
(Crtiso)基因；

[0022] 优选的，基于杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)代谢途径时，编码GenBank：APW83740.1所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)基因的核苷酸序列
为如GenBank：KX231795.1所示的核苷酸序列；其中，GenBank：APW83740.1与GenBank：
KX231795.1中的来源Dunaliella salina记载有误，实际来源应该是Dunaliella 
bardawil；

[0023] 编码SEQ ID NO：2所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶(Psy)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列；

[0024] 编码GenBank：ADD52599.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶(Pds)基因的核苷酸序列为如GenBank：GQ923693.1所示的核苷酸序列；其中，GenBank：ADD52599.1与
GenBank：GQ923693.1中的来源Dunaliella salina记载有误，实际来源应该是Dunaliella 
bardawil；

[0025] 编码SEQ ID NO：4所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：3所示的核苷酸序列；

[0026] 编码SEQ ID NO：6所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：5所示的核苷酸序列；

[0027] 编码SEQ ID NO：8所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶(Crtiso)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：7所示的核苷酸序列；

[0028] 优选的，基于杜氏盐藻(Dunaliella saline)代谢途径时，编码SEQ ID NO：10所示氨基酸序列的牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：9
所示的核苷酸序列；

[0029] 编码GenBank：AAB51287.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素合成酶(Psy)基因的核苷酸序列为如GenBank：U91900.1所示的核苷酸序列；其中，GenBank：U91900.1中的来源
Dunaliella bardawil记载有误，实际来源应该是Dunaliella saline；

[0030] 编码GenBank：CAA75094.1所示氨基酸序列的八氢番茄红素脱氢酶(Pds)基因的核苷酸序列为如GenBank：Y14807.1所示的核苷酸序列；其中，GenBank：Y14807.1中的来源
Dunaliella bardawil记载有误，实际来源应该是Dunaliella saline；

[0031] 编码SEQ ID NO：12所示氨基酸序列的15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：11所示的核苷酸序列；

[0032] 编码SEQ ID NO：14所示氨基酸序列的ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：13所示的核苷酸序列；

[0033] 编码SEQ ID NO：16所示氨基酸序列的类胡萝卜素异构酶(Crtiso)基因的核苷酸序列为如SEQ ID NO：15所示的核苷酸序列；

[0034] 所述的基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌的构建方法，包括如下步骤：

[0035] (1)利用相关基因工程手段从杜氏藻中克隆到牦牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶(Ggps)、八氢番茄红素合成酶(Psy)、八氢番茄红素脱氢酶(Pds)、15-顺式-ζ-胡萝卜素异构
酶(Ziso)、ζ-胡萝卜素脱氢酶(Zds)、类胡萝卜素异构酶(Crtiso)；

[0036] (2)将Ggps和Psy构建在pACYduet-1载体上，氯霉素抗性，得到重组载体pACYduet-ggps-psy；将Pds和Zds构建在pCDFduet-1载体上，链霉素抗性，得到重组载体pCDFduet-
pds-zds；将Ziso和Crtiso构建在pETduet-1载体上，氨苄抗性，得到重组载体pETduet-
ziso-crtiso；

[0037] (3)然后将步骤(2)构建的三个重组载体共转化到大肠杆菌BL21(DE3)中，获得基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌。

[0038] 优选的，所述的杜氏藻为杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)或杜氏盐藻(Dunaliella saline)。

[0039] 优选的，重组载体构建时，在6个目的基因的N端(5′端)均连接有rbs(核糖体结合位点)序列，或者，均连接有T7启动子(T7_promoter)序列和rbs(核糖体结合位点)序列。

[0040] 所述的基于杜氏藻代谢途径的番茄红素高产工程菌在生产番茄红素中的应用。

[0041] 当杜氏藻为杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)时，所述番茄红素高产工程菌的番茄红素的产率为2.0mg/g(细胞干重)。

[0042] 当杜氏藻为杜氏盐藻(Dunaliella saline)时，所述番茄红素高产工程菌的番茄红素的产率为3.8mg/g(细胞干重)。

[0043] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0044] 本发明第一次实现全部利用来自杜氏藻(如杜氏巴氏藻或杜氏盐藻)的类胡萝卜素途径的基因来构建工程菌。而杜氏藻(如杜氏巴氏藻或杜氏盐藻)是已知的产番茄红素最
高的植物之一。本发明采用的载体的启动子都是T7启动子，包含lacZ调控元件，其在IPTG作
用的大肠杆菌BL21(DE3)中能够高表达，这有利于番茄红素的大量积累，可用于实际应用生
产。同时本发明还鉴定了ziso和crtiso的功能，验证了植物番茄红素、β-胡萝卜素的生成必
须有这两个酶的共同参与。

附图说明

[0045] 图1是本发明pACYduet-Dbggps-Dbpsy(A)和pETduet-Dbziso-Dbcrtiso(B)构建图。

[0046] 图2是本发明pCDFduet-Dbpds-Dbzds(A)和pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb(B)构建图。

[0047] 图3是本发明pETduet-Dbziso(A)和pETduet-Dbcrtiso(B)构建图。

[0048] 图4是本发明基于杜氏巴氏藻代谢途径的类胡萝卜素高产工程菌与普通大肠杆菌BL21(DE3)颜色比较，其中，其中，A是β-胡萝卜素高产工程菌；B是番茄红素高产工程菌(1：
BL21(DE3)菌株，2：番茄红素高产菌株)；C是组合③、④、⑤、⑥、⑦、⑧获得的目的菌株。

[0049] 图5是β-胡萝卜素液相图；其中，A是实施例1；B是实施例2。

[0050] 图6是番茄红素液相图；其中，A是实施例1；B是实施例2。

[0051] 图7是本发明pACYduet1-Dsggps-Dspsy构建图。

[0052] 图8是本发明pCDFduet1-Dspds-Dszds构建图。

[0053] 图9是本发明pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb构建图。

[0054] 图10是本发明pETduet1-Dsziso构建图。

[0055] 图11是本发明pETduet1-Dscrtiso构建图。

[0056] 图12是本发明pETduet1-Dsziso-Dscrtiso构建图。

[0057] 图13是本发明基于杜氏盐藻代谢途径的类胡萝卜素高产工程菌与普通大肠杆菌BL21(DE3)颜色比较，其中，A是β-胡萝卜素高产工程菌；B是番茄红素高产工程菌；C是组合
③、④、⑤、⑥、⑦、⑧获得的目的菌株。

具体实施方式

[0058] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0059] 下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为从商业途径得到的试剂
和材料。

[0060] 实施例1

[0061] 1.制备线性化载体

[0062] (1)用NcoI和HindIII(购自Thermo Fisher Scientific)双酶切质粒pACYduet-1，pCDFduet-1和pETduet-1(购自EMD Biosciences)。37℃水浴3h。酶切反应体系如下：

[0063] 10×Buffer 5μL、两种酶各1μL、质粒10μL、Add dH2O To 50μL。

[0064] (2)1％琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物。

[0065] (3)酶切之后，采用PCR纯化试剂盒纯化线性化载体。

[0066] 2.PCR扩增目的片段

[0067] (1)以杜氏巴氏藻(Dunaliella bardawil)(购自中科院水生生物研究所淡水藻种库，编号FACHB-847)反转录的cDNA为模板，使用Takara的PrimeSTAR HS DNA Polymerase
(高保真酶，购自Takara)，进行PCR反应。

[0068] (2)1％琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物。

[0069] (3)用OMEGA公司的胶回收试剂盒E.Z.N.A.TM Gel Extraction Kit回收目的片段，纯化PCR产物。测序结果如GenBank：KX231795.1、SEQ ID NO：1、GenBank：GQ923693.1、
SEQ ID NO：3、5、7、GenBank：KX218392.1所示，对应编码的氨基酸序列如GenBank：
APW83740.1、SEQ ID NO：2、GenBank：ADD52599.1、SEQ ID NO：4、6、8、GenBank：ANY98896.1
所示。其中，番茄红素β-环化酶(Lycb)的氨基酸序列如GenBank：ANY98896.1所示；其基因的
核苷酸序列如GenBank：KX218392.1所示；GenBank：ANY98896.1与GenBank：KX218392.1中的
来源Dunaliella salina记载有误，实际来源应该是Dunaliella bardawil。

[0070] 3.In-Fusion克隆

[0071] 用NcoI和HindIII双酶切质粒pACYduet-1并插入用引物Pac_dbggps_F和Pac_dbggps_R扩增得到的Dbggps，得到pACYduet-Dbggps；再用NdeI和EcoRV双酶切pACYduet-
Dbggps并插入用引物Pac_dbpsy_F和Pac_dbpsy_R扩增得到的Dbpsy，得到pACYduet-
Dbggps-Dbpsy。引物序列如表1所示。

[0072] 用NcoI和HindIII双酶切质粒pCDFduet-1并插入用引物Pcd_dbpds_F和Pcd_dbpds_R扩增得到的Dbpds，得到pCDFduet-Dbpds；再用NdeI和EcoRV双酶切pCDFduet-Dbpds
并插入用引物Pcd_dbzds_F和Pcd_dbzds_R扩增得到的Dbzds，得到pCDFduet-Dbpds-Dbzds；
再用AatII和KpnI双酶切pCDFduet-Dbpds-Dbzds并插入用引物Pcd_dblycb_F和Pcd_
dblycb_R扩增得到的Dblycb，得到pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb。引物序列如表1所示。

[0073] 用NcoI和HindIII双酶切质粒pETduet-1并插入用引物Pet_dbziso_F和Pet_dbziso_R扩增得到的Dbziso，得到pETduet-Dbziso；再用NdeI和EcoRV双酶切pETduet-
Dbziso并插入用引物Pet_dbcrtiso_F和Pet_dbcrtiso_R扩增得到的Dbcrtiso，得到
pETduet-Dbziso-Dbcrtiso。引物序列如表1所示。

[0074] 用NdeI和EcoRV双酶切质粒pETduet-1并插入用引物Pet_dbcrtiso_F和Pet_dbcrtiso_R扩增得到的Dbcrtiso，得到pETduet-Dbcrtiso。引物序列如表1所示。

[0075] (1)建立In-Fusion(购自Takara)克隆反应体系：

[0076] 5X In-Fusion HD Enzyme Premix 2μL线性化载体 1μL
纯化的PCR片段 2μL
dH2O 5μL
Total 10μL

[0077] (2)50℃孵育15min，然后置于冰上。

[0078] (3)连接产物分别转化大肠杆菌DH5α，涂布于含有氯霉素(CmR或CamR)、链霉素(Sm)或氨苄青霉素(Ap或Amp)的相应平板上。在37℃生化培养箱中分别倒置培养12～16h。
注意培养时间不宜过长，否则抗性失效，生长出卫星菌落，给筛选阳性克隆造成困难。

[0079] 表1构建重组质粒的引物

[0080]

[0081] 4.质粒的提取

[0082] 参照OMEGA公司的E.Z.N.A.TM Plasmid Mini Kit试剂盒的说明书，提取重组质粒pACYduet-Dbggps-Dbpsy(图1A)、pCDFduet-Dbpds-Dbzds(图2A)、pCDFduet-Dbpds-Dbzds-
Dblycb(图2B)、pETduet-Dbziso(图3A)、pETduet-Dbcrtiso(图3B)、pETduet-Dbziso-
Dbcrtiso(图1B)。

[0083] (1)10000g，1min离心，收集菌体。(2)加入250μL SolutionⅠ，涡旋十几秒，混匀。(3)加入250μL SolutionⅡ，上下颠倒4～6次，室温放置2min。(4)加入350μL SolutionⅢ，
轻轻摇匀，10000g，10min离心。(5)转上清至Hibind柱，10000g，1min离心。(6)弃掉滤液，加
入500μL Buffer HB，10000g，1min离心。(7)弃掉滤液，加入700μL DNA Wash Buffer，
10000g，1min离心。(8)重复洗一次(步骤(7))。(9)10000g，空管离心2min。(10)弃掉收集管
将HiBind柱套进干净的1.5mL EP管，加入50～100μL灭菌水(60℃预热)洗脱DNA，静置1～
2min后，10000g，1min离心。

[0084] 5.转化大肠杆菌BL21(DE3)

[0085] 将提取的重组质粒设置如下组合：

[0086] ①：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb和pETduet-Dbziso-Dbcrtiso；

[0087] ②：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds和pETduet-Dbziso-Dbcrtiso；

[0088] ③：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb和pETduet-Dbziso；

[0089] ④：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb和pETduet-Dbcrtiso；

[0090] ⑤：pACYduet-Dbggps-Dbpsy和pCDFduet-Dbpds-Dbzds-Dblycb；

[0091] ⑥：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds和pETduet-Dbziso；

[0092] ⑦：pACYduet-Dbggps-Dbpsy、pCDFduet-Dbpds-Dbzds和pETduet-Dbcrtiso；

[0093] ⑧：pACYduet-Dbggps-Dbpsy和pCDFduet-Dbpds-Dbzds；

[0094] 分别共转化到大肠杆菌BL21(DE3)，涂布于含有CmR和Sm，或，CmR、Sm和Ap抗生素的平板上，在37℃生化培养箱中分别倒置培养12～16h。经过筛选分别获得目的菌株，如图4所
示，组合①、②获得的目的菌株分别对应图4A、4B，组合③、④、⑤、⑥、⑦、⑧获得的目的菌株
分别对应图4C。结果表明可知，缺少15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)和/或类胡萝卜素异
构酶(Crtiso)时，均不能生成番茄红素的红色菌和β-胡萝卜素的土黄色菌，说明它们在生
成类胡萝卜素中起到必不可少的作用，在缺少其的情况下，均不能生成相应类胡萝卜素。

[0095] 6.转化子的培养

[0096] 将目的菌株接种于50mL已灭菌的LB液体培养基中(组合①、②、③、④、⑥、⑦：加入氯霉素、氨苄青霉素、链霉素抗性；组合⑤、⑧：加入氯霉素、氨苄青霉素抗性)，于200rpm，37
℃下振荡培养6h。加入IPTG进行诱导，培养6小时。

[0097] 7.提取转化子的类胡萝卜素

[0098] (1)将24mL菌液于4℃，8000rpm下离心2min，弃上清。(2)用去离子水重新悬浮大肠杆菌细胞，4℃，8000rpm离心2min，弃上清。(3)重复步骤(2)。(4)加6mL丙酮至大肠杆菌沉
淀，涡旋振荡分散。(5)55℃水浴20min，每隔5min振荡一次。(6)将混合物于4℃，8000rpm下
离心20min，收集上清。(7)用丙酮定容至6mL，-20℃保存。

[0099] 8.HPLC定性分析转化子的类胡萝卜素成分

[0100] (1)将流动相用0.22μm孔径滤膜进行抽滤处理，接着超声处理60min去除液体中的气泡。

[0101] (2)将类胡萝卜素提取物以及β-胡萝卜素或番茄红素标准品溶液，用0.2μm孔径的聚碳酸酯滤膜进行过滤处理。

[0102] (3)调节色谱柱(C30YMC carotenoid column,5μm,250*4.6mm)温度在25℃，以1.0mL/min的流速用甲醇冲洗至平衡(约2h)。

[0103] (4)改为用流动相甲基叔丁基醚(A相)/甲醇(B相)(梯度洗脱:0min，90％A相和10％B相；10min，60％A相和40％B相；20min 50％A相和50％B相；25min，10％A相和90％B相；
29.5min，90％A相和10％B相)，以1mL/min的流速进行洗柱，直至平衡。

[0104] (5)将浓度为100μg/mL的番茄红素和β-胡萝卜素标准品存储液分别稀释为0.625μg/mL、1.25μg/mL、2.5μg/mL、5μg/mL、10μg/mL和20μg/mL等不同浓度的工作液，用HPLC仪测
定473nm波长下工作液的峰面积，根据结果分别绘制标准曲线。

[0105] (6)上样20μL，在波长473nm下检测40min。

[0106] 结果如图5A所示，表明在16.2min左右出现了β-胡萝卜素的特征峰，这与标准品的出峰时间是一致的，另外根据该峰面积，结合得到的标准曲线方程：y＝34.791x+59.973(x
为峰面积，y为β-胡萝卜素的含量)，再根据细胞的干重，可以计算出β-胡萝卜素的产率为
2.7mg/g(细胞干重)。

[0107] 如图6A所示，表明在29.1min出现了番茄红素的特征峰，这与标准品的出峰时间是一致的，另外根据峰面积，结合得到的标准曲线方程：y＝59.5x+118.09(x为峰面积，y为番
茄红素的含量)，再根据细胞的干重，可以计算出番茄红素的含量为2.0mg/g。

[0108] 实施例2

[0109] 1.制备线性化载体

[0110] (1)用Asc I和Sal I(购自Thermo Fisher Scientific)双酶切质粒pACYduet-1，pCDFduet-1和pETduet-1(购自EMD Biosciences)。37℃水浴3h。酶切反应体系如下：

[0111] 10×Buffer 5μL、两种酶各1μL、质粒10μL、Add dH2O To 50μL。

[0112] (2)1％琼脂糖凝胶电泳检测酶切产物。

[0113] (3)酶切之后，采用PCR纯化试剂盒纯化线性化载体。

[0114] 2.PCR扩增目的片段

[0115] (1)以杜氏盐藻(Dunaliella saline)(购自Culture Collection of Algae and Protozoa，英国；编号CCAP19/18)反转录的cDNA为模板，使用Takara的PrimeSTAR HS DNA 
Polymerase(高保真酶，购自Takara)，进行PCR反应。

[0116] (2)1％琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物。

[0117] (3)用OMEGA公司的胶回收试剂盒E.Z.N.A.TM Gel Extraction Kit回收目的片段，纯化PCR产物。测序结果如SEQ ID NO：9、GenBank：U91900.1、GenBank：Y14807.1、SEQ ID 
NO：11、13、15、GenBank：HQ728089.1所示，对应编码的氨基酸序列如SEQ ID NO：10、
GenBank：AAB51287.1、GenBank：CAA75094.1、SEQ ID NO：12、14、16、GenBank：ADX41685.1所
示。其中，番茄红素β-环化酶(Lycb)的氨基酸序列如GenBank：ADX41685.1所示；其基因的核
苷酸序列如GenBank：HQ728089.1所示。

[0118] 3.In-Fusion克隆

[0119] 用Asc I和Sal I双酶切质粒pACYduet-1并插入用引物Pac_dsggps_F和Pac_dsggps_R扩增得到的Dsggps，得到pACYduet1-Dsggps；再用NdeI和EcoRV双酶切pACYduet1-
Dsggps并插入用引物Pac_dspsy_F和Pac_dspsy_R扩增得到的Dspsy，得到pACYduet1-
Dsggps-Dspsy。引物序列如表2所示。

[0120] 用Asc I和Sal I双酶切质粒pCDFduet-1并插入用引物Pcd_dspds_F和Pcd_dspds_R扩增得到的Dspds，得到pCDFduet1-Dspds；再用NdeI和EcoRV双酶切pCDFduet1-Dspds并插
入用引物Pcd_dszds_F和Pcd_dszds_R扩增得到的Dszds，得到pCDFduet1-Dspds-Dszds；再
用AatII和KpnI双酶切pCDFduet1-Dspds-Dszds并插入用引物Pcd_dslycb_F和Pcd_dslycb_
R扩增得到的Dslycb，得到pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb。引物序列如表2所示。

[0121] 用Asc I和Sal I双酶切质粒pETduet-1并插入用引物Pet_dsziso_F和Pet_dsziso_R扩增得到的Dsziso，得到pETduet1-Dsziso；再用NdeI和EcoRV双酶切pETduet1-
Dsziso并插入用引物Pet_dscrtiso_F和Pet_dscrtiso_R扩增得到的Dscrtiso，得到
pETduet1-Dsziso-Dscrtiso。引物序列如表2所示。

[0122] 用NdeI和EcoRV双酶切质粒pETduet-1并插入用引物Pet_dscrtiso_F和Pet_dscrtiso_R扩增得到的Dscrtiso，得到pETduet1-Dscrtiso。引物序列如表2所示。

[0123] (1)建立In-Fusion(购自Takara)克隆反应体系：

[0124] 5X In-Fusion HD Enzyme Premix 2μL线性化载体 1μL
纯化的PCR片段 2μL
dH2O 5μL
Total 10μL

[0125] (2)50℃孵育15min，然后置于冰上。

[0126] (3)连接产物分别转化大肠杆菌DH5α，涂布于含有氯霉素(CmR或CamR)、链霉素(Sm)或氨苄青霉素(Ap或Amp)的相应的平板上。在37℃生化培养箱中分别倒置培养12～
16h。注意培养时间不宜过长，否则抗性失效，生长出卫星菌落，给筛选阳性克隆造成困难。

[0127] 表2构建重组质粒的引物

[0128]

[0129] 4.质粒的提取

[0130] 参照OMEGA公司的E.Z.N.A.TM Plasmid Mini Kit试剂盒的说明书，提取重组质粒pACYduet1-Dsggps-Dspsy(图7)、pCDFduet1-Dspds-Dszds(图8)、pCDFduet-Dspds-Dszds-
Dslycb(图9)、pETduet1-Dsziso(图10)、pETduet1-Dscrtiso(图11)、pETduet1-Dsziso-
Dscrtiso(图12)。

[0131] (1)10000g，1min离心，收集菌体。(2)加入250μL SolutionⅠ，涡旋十几秒，混匀。(3)加入250μL SolutionⅡ，上下颠倒4～6次，室温放置2min。(4)加入350μL SolutionⅢ，
轻轻摇匀，10000g，10min离心。(5)转上清至Hibind柱，10000g，1min离心。(6)弃掉滤液，加
入500μL Buffer HB，10000g，1min离心。(7)弃掉滤液，加入700μL DNA Wash Buffer，
10000g，1min离心。(8)重复洗一次(步骤(7))。(9)10000g，空管离心2min。(10)弃掉收集管
将HiBind柱套进干净的1.5mL EP管，加入50～100μL灭菌水(60℃预热)洗脱DNA，静置1～
2min后，10000g，1min离心。

[0132] 5.转化大肠杆菌BL21(DE3)

[0133] 将提取的重组质粒设置如下组合：

[0134] ①：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb和pETduet1-Dsziso-Dscrtiso；

[0135] ②：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds和pETduet1-Dsziso-Dscrtiso；

[0136] ③：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb和pETduet1-Dsziso；

[0137] ④：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb和pETduet1-Dscrtiso；

[0138] ⑤：pACYduet1-Dsggps-Dspsy和pCDFduet1-Dspds-Dszds-Dslycb；

[0139] ⑥：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds和pETduet1-Dsziso；

[0140] ⑦：pACYduet1-Dsggps-Dspsy、pCDFduet1-Dspds-Dszds和pETduet1-Dscrtiso；

[0141] ⑧：pACYduet1-Dsggps-Dspsy和pCDFduet1-Dspds-Dszds；

[0142] 分别共转化到大肠杆菌BL21(DE3)，涂布于含有CamR和Sm，或，CamR、Sm和Amp抗生素的平板上，在37℃生化培养箱中分别倒置培养12～16h。经过筛选分别获得目的菌株，如
图13所示，组合①、②获得的目的菌株分别对应图13A、13B，组合③、④、⑤、⑥、⑦、⑧获得的
目的菌株分别对应图13C。结果表明可知，缺少15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(Ziso)和/或类
胡萝卜素异构酶(Crtiso)时，均不能生成番茄红素的红色菌和β-胡萝卜素的土黄色菌，说
明它们在生成类胡萝卜素中起到必不可少的作用，在缺少其的情况下，均不能生成相应类
胡萝卜素。

[0143] 6.转化子的培养

[0144] 将目的菌株接种于50mL已灭菌的LB液体培养基中(组合①、②、③、④、⑥、⑦：加入氯霉素、氨苄青霉素、链霉素抗性；组合⑤、⑧：加入氯霉素、氨苄青霉素抗性)，于200rpm，37
℃下振荡培养6h。加入IPTG进行诱导，培养6小时。

[0145] 7.提取转化子的类胡萝卜素

[0146] (1)将24mL菌液于4℃，8000rpm下离心2min，弃上清。(2)用去离子水重新悬浮大肠杆菌细胞，4℃，8000rpm离心2min，弃上清。(3)重复步骤(2)。(4)加6mL丙酮至大肠杆菌沉
淀，涡旋振荡分散。(5)55℃水浴20min，每隔5min振荡一次。(6)将混合物于4℃，8000rpm下
离心20min，收集上清。(7)用丙酮定容至6mL，-20℃保存。

[0147] 8.HPLC定性分析转化子的类胡萝卜素成分

[0148] (1)将流动相用0.22μm孔径滤膜进行抽滤处理，接着超声处理60min去除液体中的气泡。

[0149] (2)将类胡萝卜素提取物以及β-胡萝卜素或番茄红素标准品溶液，用0.2μm孔径的聚碳酸酯滤膜进行过滤处理。

[0150] (3)调节色谱柱(C30YMC carotenoid column,5μm,250*4.6mm)温度在25℃，以1.0mL/min的流速用甲醇冲洗至平衡(约2h)。

[0151] (4)改为用流动相甲基叔丁基醚(A相)/甲醇(B相)(梯度洗脱:0min，90％A相和10％B相；10min，60％A相和40％B相；20min 50％A相和50％B相；25min，10％A相和90％B相；
29.5min，90％A相和10％B相)，以1mL/min的流速进行洗柱，直至平衡。

[0152] (5)番茄红素和β-胡萝卜素的标准曲线参照实施例1步骤8(5)。

[0153] (6)上样20μL，在波长473nm下检测40min。

[0154] 结果如图5B所示，表明在16.2min左右出现了β-胡萝卜素的特征峰，这与标准品的出峰时间是一致的，另外根据该峰面积，结合得到的标准曲线方程：y＝34.791x+59.973(x
为峰面积，y为β-胡萝卜素的含量)，再根据细胞的干重，可以计算出β-胡萝卜素的产率为
3.3mg/g(细胞干重)。

[0155] 如图6B所示，表明在29.1min出现了番茄红素的特征峰，这与标准品的出峰时间是一致的，另外根据峰面积，结合得到的标准曲线方程：y＝59.5x+118.09(x为峰面积，y为番
茄红素的含量)，再根据细胞的干重，可以计算出番茄红素的含量为3.8mg/g。

[0156] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。