维生素A缺乏症是全球性的健康问题，可以通过生物强化提高农作物中维生素A原类胡萝卜素来缓解。类胡萝卜素是一类重要的营养物质，对人体健康至关重要，包括维生素A原和非维生素A原化合物。类胡萝卜素的结构与其生物学功能，颜色和营养价值密切有关。但是目前在代谢工程中尚未完全实现对类胡萝卜素组成成分的定向微调。

近日，《Journal of Agricultural and Food Chemistry》在线发表了题为“Building the Synthetic Biology Toolbox with Enzyme Variants to Expand Opportunities for Biofortification of Provitamin A and Other Health-Promoting Carotenoids”的文章。探究了柑橘有色体特异性番茄红素β-环化酶CsLCYb2等位基因间的酶活差异，丰富了维生素A原类胡萝卜素的合成生物学工具箱（Synthetic Biology Toolbox）。

柑橘果实中大量积累维生素A原和其他健康类胡萝卜素成分，具有潜在的、高效的类胡萝卜素代谢途径基因。本研究将两个柑橘有色体特异性番茄红素β-环化酶CsLCYb2引入番茄，发现在番茄中超表达CsLCYb2a等位基因产生了金色的转基因番茄果实，其β-胡萝卜素含量增加最多达9.3倍，干重含量最高达1.5 mg/g。而活性较弱的等位基因CsLCYb2b超量表达也显著提高了β-胡萝卜素含量，且转基因果实中的类胡萝卜素组成较CsLCYb2a更丰富。上述结果表明，超表达弱酶（CsLCYb2b）可以产生更多的类胡萝卜素组分，利用该基因有望培育出同时积累高维生素A原含量和更多有利于健康的类胡萝卜素组分的品种，而超表达强酶（CsLCYb2a）则可以更高效的产生特定类胡萝卜素组分。

综上，不同的酶变体是创造更广泛的代谢工程产物所需的合成生物学的重要组成部分，大量的变异序列丰富了合成生物学工具箱，有利于实现目的代谢途径的精准微调。通过对不同表达水平和不同酶活性的有机组合，可以用于生产某些特殊组分的化合物。柑橘CsLCYb2等位基因可用于生物强化维生素A原以缓解维生素A缺乏症，并丰富农作物中独特的类胡萝卜素组分（包括维生素A原和健康的非维生素A原类胡萝卜素）。本研究为进一步利用等位基因在代谢工程中微调代谢物组分提供了理论依据。

华中农业大学园艺林学学院朱凯杰为该论文第一作者，邓秀新院士和美国纽约市立大学Eleanore T. Wurtzel教授为该文的通信作者。该研究获得国家重点研发计划（2018YFD1000200）和国家自然科学基金（31930095，31630065）的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.0c04740

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