Photoproduction of Aviation Fuel β‐Caryophyllene From the Eukaryotic Green Microalga Chlamydomonas reinhardtii

莱茵衣藻 植物 生物 光合作用 倍半萜 食品科学 生物化学 基因 突变体
作者
Xiaotan Dou,Mengjie Li,Yunlong Ge,Guomao Yin,Xinyu Wang,Song Xue,Boyu Jia,Lihan Zi,Huihui Wan,Yimei Xi,Zhanyou Chi,Fantao Kong
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
标识
DOI:10.1002/bit.28898
摘要

ABSTRACT β‐caryophyllene is a plant‐derived sesquiterpene and is regarded as a promising ingredient for aviation fuels. Microalgae can convert CO 2 into energy‐rich bioproducts through photosynthesis, making them potential platforms for the sustainable production of sesquiterpenes. However, heterologous sesquiterpene engineering in microalgae is still in its infancy, and β‐caryophyllene production in eukaryotic photosynthetic microorganisms has not been reported. In this study, we succeeded in producing β‐caryophyllene in the model eukaryotic microalga Chlamydomonas reinhardtii by heterologously expressing a β‐caryophyllene synthase ( QHS ). Furthermore, overexpressing the key enzyme of the 2‐C‐methyl‐D‐erythritol 4‐phosphate pathway in the QHS ‐expressing strain ( QHS‐DXS‐HDR −18) resulted in a 17‐fold higher β‐caryophyllene production compared to the single expression of QHS ( QHS −28). Additionally, when isopentenyl diphosphate isomerase ( CrIDI ) was overexpressed, the β‐caryophyllene production was up to 480.6 μg/L in QHS‐DXS‐HDR‐CrIDI −16 and increased by 1.8‐fold compared to the parental strain QHS‐DXS‐HDR −18. Under photoautotrophic and photomixotrophic conditions in photobioreactors, the β‐caryophyllene production in QHS‐DXS‐HDR‐CrIDI −16 reached 854.7 and 1016.8 μg/L, respectively. Noticeably, all the β‐caryophyllene‐producing strains generated in this study did not exhibit adverse effects on cell growth and photosynthesis activity compared to the untransformed strain. This study demonstrates the first successful attempt to produce β‐caryophyllene in the eukaryotic microalga C. reinhardtii and develops a novel strategy for increasing sesquiterpene production in eukaryotic photosynthetic microorganisms.
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