《表1 先进生物燃料的能量密度》

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《产蒎烯人工酵母细胞的构建》

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蒎烯是一种重要的单萜类天然化合物，可用于香料的合成。同时，其二聚体具有与战术燃料JP-10相当的高体积能量（见表1），可作为现有喷气机燃料（如战术燃料JP-10和降冰片二烯二聚体的混合物RJ-5）的替代燃料[1-2]。目前蒎烯主要通过化学法合成，即采用高效精馏塔从脂松节油或粗硫酸盐松节油中进行分离提取。这种方法对设备要求较高，分离提取难度大、成本高，同时造成了大量自然资源的破坏[3]。随着代谢工程和合成生物学的迅速发展，绿色可持续发展的微生物合成技术为先进生物燃料的制造提供了替代策略，即可利用大肠杆菌（Escherichia coli）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等遗传背景清晰、基因操作体系成熟的模式微生物实现目标产品的高效合成[4-7]。利用大肠杆菌内源甲基赤藓糖醇4-磷酸酯（methylerythritol4-phosphate，MEP）途径合成或酿酒酵母内源甲羟戊酸（mevalonic acid，MVA）途径合成的异戊二烯焦磷酸（isopentenyl pyrophosphate，IPP）和二甲烯丙基焦磷酸（dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP）作为前体，经焦磷酸香叶酯（geranyl pyrophosphate，GPP）合成酶（geranyl diphosphate，GPPS）和蒎烯合酶（pinene synthase，PS）催化即可合成蒎烯[8]。目前已有研究者通过关键蛋白GPPS和PS的筛选及融合表达，成功在大肠杆菌中实现蒎烯的异源合成[9-11]。例如，Sarria等[10]在引入了异源MVA途径的基础上，在大肠杆菌中对三种不同来源的GPPS和三种PS进行组合筛选；并将可获得最高蒎烯产量的大枞树（Abies grandis）来源的ERG20（AgERG20）和PS进行融合表达，最终蒎烯在摇瓶水平的产量达到32.0mg·L-1。Yang等[11]在大肠杆菌中表达了AgERG20与火炬松（Pinus taeda）来源的PS（PtPS）的融合蛋白，使蒎烯在5 L发酵罐中的产量达到0.970 g·L-1，这也是大肠杆菌中已知的蒎烯最高产量。