近日，我院王潮岗副教授课题组在国际农业与食品化学权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（中科院一区TOP）上发表了题为《A Novel Lycopene β-Cyclase from Crocus Sativus with Comparable Activity in Carotenoid Biosynthesis》的研究论文。该研究从具有高经济价值的藏红花（Crocus sativus）中鉴定出一种新型的番茄红素β-环化酶（CsLcyB3），归入高等植物LcyB分支，并通过功能互补实验证实其具有将番茄红素转化为β-胡萝卜素的活性，为利用合成生物学技术生产高价值类胡萝卜素提供了新的酶候选资源。

类胡萝卜素是一类广泛存在于自然界的重要天然色素，其中环状类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、玉米黄质、虾青素和藏花素）因其卓越的着色能力和抗氧化、增强免疫等生物活性，在饲料、营养保健品和化妆品中具有更高的应用价值和经济价值。番茄红素环化酶（LCY）是类胡萝卜素合成途径中的关键酶，负责催化无环的番茄红素形成环状的α-或β-胡萝卜素，从而决定代谢流向。同时，β-胡萝卜素是虾青素、藏花素等高价值类胡萝卜素的重要前体，在类胡萝卜素生物合成工业中意义重大。

本研究基于藏红花柱头的全长转录组数据，通过生物信息学分析，筛选并鉴定了一个新的番茄红素β-环化酶基因CsLcyB3，与已知的CsLcyB1 (ADA82242.1) 和CsLYCC1 (QCO91671.1)分别只有53.39 %和4.36 %。系统发育分析表明，CsLcyB3与高等植物和藻类中的LcyB型环化酶聚为一支，预示其功能为催化生成β-胡萝卜素。同时发现CsLcyB3有9个motifs，属于LcyB-型。

图1：不同物种来源番茄红素环化酶的系统发育树分析

为验证CsLcyB3的功能并比较其催化效率，研究团队构建了12个包含不同物种来源番茄红素β-环化酶基因的工程化大肠杆菌菌株并对其催化能力进行比较分析。类胡萝卜素组分分析结果显示，表达CsLcyB3的工程菌能够高效地将番茄红素转化为β-胡萝卜素。定量分析表明，CsLcyB3的β-胡萝卜素产量达到8.98 mg/g DCW，其催化活性与来自拟南芥（AtLcyB）等物种的已知功能性环化酶无显著差异，并且显著高于来自嗜盐古菌（SsCrtY）和红发夫酵母（PrCrtY）等微生物的环化酶。这一结果证实了CsLcyB3是一种具有高催化活性的番茄红素β-环化酶。该研究成功鉴定并功能验证了藏红花中的一个新型番茄红素β-环化酶（CsLcyB3），深化了对藏红花类胡萝卜素生物合成途径的理解。研究结果为通过代谢工程手段高效生产β-胡萝卜素及其下游高价值产物（如藏花素）提供了新的关键酶元件，具有重要的应用潜力。

图2：不同物种来源番茄红素β-环化酶的功能分析

深圳大学王潮岗副教授为论文第一作者，黄丹琼副研究员为通讯作者，杨程、洪泽裕、娄素琳等人参与了该项研究。本研究得到了国家重点研发计划合成生物学专项、深圳市科技计划项目和广东省自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c10734