CN114410675A - 含有烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组菌株及其在萜类化合物生产中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含有烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组菌株及其在萜类化合物生产中的应用。重组菌株包含烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因,优选地,所述重组菌株选自酵母菌或大肠杆菌。本发明还公开了包含烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组质粒及其构建方法以及利用上述重组菌株生产萜类化合物的方法。本发明将基因构建在穿梭质粒上或整合到基因组上在重组菌中表达烯醇激酶和异戊烯基磷酸激酶,以烯醇为底物生产异戊烯焦磷酸和二甲基丙烯基焦磷酸参与萜类化合物的合成。该途径只需2步反应和一个辅因子(ATP)的参与,脱离于中心碳代谢;本发明使萜类化合物的生物合成过程具有更强的代谢流,提高萜类化合物的产量。

Description

含有烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组菌株及其 在萜类化合物生产中的应用
技术领域
本发明涉及微生物基因工程领域,具体涉及含有烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组菌株及其在萜类化合物生产中的应用。
背景技术
萜类化合物是一类种类繁多、功能多样的化合物,广泛应用于医药、农业、生物燃料、香料和保健品等各个领域,具有重要的生理活性和极高的经济与医药战略价值。一些萜类化合物已经是经过批准的临床用药,还有很多正在进行临床测试。研究者们利用微生物生产萜类取得了很大进步,是目前公认的低成本、高效率、可持续生产的最有效方式。虽然在工程菌中已经实现了多种萜类的异源合成,但产量较低,无法满足巨大的市场需求。因此,如何对工程菌进行改造,进一步提高萜类化合物的产量,将为解决利用微生物工业化生产高价值萜类的技术瓶颈奠定基础。
萜类生物合成中面临的主要瓶颈之一是前体分子生成量不足。萜类的共同前体为异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基丙烯基焦磷酸(DMAPP),二者缩合成萜类骨架,是整个生物合成途径的关键节点,起到承上启下的作用。IPP和 DMAPP的自然合成路径为甲羟戊酸途径(MVA)和甲基赤藓糖醇4-磷酸途径 (MEP),二者与细胞的中心碳代谢密切相关并受其动态调控,不可避免地受牵制于碳源、低能效和生物体内其他代谢途径,因此以自然合成途径为切入点,增强前体的代谢通量,不能从根本上解决问题。
为了突破这一瓶颈,本发明构建了全新的异戊烯醇途径(IAP),该途径仅由两种激酶组成,能将异戊烯醇催化为异戊烯磷酸(IP、DMAP)和萜类化合物前体分子(IPP、DMAPP)。而且在酵母工程菌中引入IAP途径合成前体,能够脱离于中心碳代谢;整个合成路径简单,只需两种酶和一个辅因子参与,可解决原代谢途径(MVA途径和MEP途径)冗长及中间产物对酶毒性的问题,构建酵母平台菌株,为产业化合成萜类化合物提供基础。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供含有烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因的重组菌株及其在萜类化合物生产中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
本发明一方面,提供一种重组质粒,所述重组质粒包括烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因。
作为优选地实施方式,所述烯醇激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)ScCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:2所示,来源于酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae);
(2)SeCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:4所示,来源于真贝酵母(Saccharomyces eubayanus)。
作为优选地实施方式,所述异戊烯基磷酸激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)AtIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:6所示,来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana);
(2)CsIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:7所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:8所示,来源于大麻(Cannabis sativa)。
本发明又一方面,提供上述重组质粒的构建方法,将所述烯醇激酶基因和所述异戊烯基磷酸激酶基因分别通过融合PCR的方式与启动子、终止子组合成表达框,再利用Gibson组装的方式与载体骨架连接,即得到重组质粒;
优选地,所述烯醇激酶基因的启动子为Gal1启动子;
优选地,所述异戊烯基磷酸激酶基因的启动子为Gal10启动子;
在本发明的一种实施方式中,所述重组质粒为酵母菌-大肠杆菌之间的穿梭载体,在大肠杆菌中的抗性标记为氨苄青霉素(AmpR),在酵母菌中的筛选标记为亮氨酸(LEU)缺陷型互补。
本发明又一方面,提供一种重组菌株,所述重组菌株包含烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因;
优选地,所述重组菌株选自酵母菌或大肠杆菌。
作为优选地实施方式,所述烯醇激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)ScCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:2所示,来源于酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae);
(2)SeCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:4所示,来源于真贝酵母(Saccharomyces eubayanus)。
在本发明的技术方案中,所述烯醇激酶基因的编码产物即烯醇激酶能够将烯醇底物磷酸化。
作为优选地实施方式,所述烯醇激酶作用的底物包括3-甲基-3-丁烯-1-醇(Isoprenol)和3-甲基-2-丁烯醇(Prenol);
在本发明的技术方案中,所述烯醇激酶将3-甲基-3-丁烯-1-醇(Isoprenol) 磷酸化为异戊烯基单磷酸(IP);
在本发明的技术方案中,所述烯醇激酶将3-甲基-2-丁烯醇(Prenol)磷酸化为二甲基丙烯基单磷酸(DMAP)。
作为优选地实施方式,所述异戊烯基磷酸激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)AtIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:6所示,来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana);
(2)CsIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:7所示,其编码的氨基酸序列如SEQ IDNO:8所示,来源于大麻(Cannabis sativa)。
在本发明的技术方案中,所述异戊烯基磷酸激酶基因的编码产物即异戊烯基磷酸激酶能够将异戊烯基磷酸底物磷酸化为萜类前体分子。
作为优选地实施方式,所述异戊烯基磷酸激酶作用的底物包括异戊烯基单磷酸(IP)和二甲基丙烯基单磷酸(DMAP);
在本发明的技术方案中,所述异戊烯基磷酸激酶将异戊烯基单磷酸(IP) 磷酸化为萜类前体分子异戊烯焦磷酸(IPP);
在本发明的技术方案中,所述异戊烯基磷酸激酶将二甲基丙烯基单磷酸 (DMAP)磷酸化为萜类前体分子二甲基丙烯基焦磷酸(DMAPP)。
在本发明的一种实施方式中,利用融合PCR的方式,将合成番茄红素 (Lycopene)相关的三个基因CrtE(香叶基香叶基焦磷酸合酶,GGPP合成酶)、 CrtB(八氢番茄红素合成酶)、CrtI(八氢番茄红素脱氢酶)分别与Gal10启动子、Gal1启动子、Gal7融合并组装成一个表达框;再利用CRISPR-Cas9技术将该表达框敲入酵母基因组Gal80的位置,获得产Lycopene的重组菌 GLy80。
在本发明的一种实施方式中,采用PEG/LiAc法将上述重组质粒转入酵母细胞中,并在SC-LEU的平板上进行筛选;平板上生长的粉红色单克隆即为引入IAP途径的产番茄红素(Lycopene)的酵母工程菌。
本发明又一方面,提供上述重组质粒或上述重组菌株在萜类化合物生产中的应用。
本发明又一方面,提供一种利用重组菌株生产萜类化合物的方法,包括如下步骤:
在培养基中培养上述重组菌株;加入烯醇底物;从所述培养基中分离所述萜类化合物。
作为优选地实施方式,所述烯醇底物选自3-甲基-3-丁烯-1-醇(Isoprenol) 和3-甲基-2-丁烯醇(Prenol)中的一种或两种;
优选地,所述底物添加的时间为培养基中重组菌的OD600为4~5。
优选地,所述烯醇底物为3-甲基-3-丁烯-1-醇(Isoprenol)和3-甲基-2-丁烯醇(Prenol)时,其摩尔比为3-甲基-3-丁烯-1-醇(Isoprenol):3-甲基-2- 丁烯醇(Prenol)=3:1。
在本发明的一种实施方式中,所述方法是挑取酵母菌作为重组菌株,将酵母重组菌株单克隆接种至氨基酸缺陷型培养基(SC-LEU+2%葡萄糖)中活化,在30℃,800rpm下培养16小时。24小时后转接至新的氨基酸缺陷型培养基 (SC-LEU+2%葡萄糖)中扩大培养,起始OD为0.2,继续培养24小时后,培养基中酵母菌的OD600为4~5,加入25mM的底物(Isoprenol和/或Prenol) 和10%的十二烷(V/V)。
本发明具有以下优点和有益效果:
本发明通过以下研究:(1)通过生物信息学的方法,选择多组与IAP途径相关的酶基因,并构建其组合表达框。(2)向酿酒酵母中引入新的合成途径IAP,该途径用于积累中间体IPP和DMAPP以及对IAP途径相关的两种酶 (烯醇激酶和磷酸激酶)进行筛选。(3)利用IAP途径提高酵母底盘中萜类化合物的产量。(4)提供一种培养发酵条件,使IAP途径在酵母底盘中得到高效利用。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明通过在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)细胞中引入一条新的代谢途径:异戊烯醇途径(Isoprenoid alcohol pathway,IAP),来合成IPP和 DMAPP。IAP途径只需2步反应和一个辅因子(ATP)的参与,并脱离于中心碳代谢;使萜类的生物合成过程具有更强的代谢流,最终帮助提高萜类化合物的产量。
(1)该途径脱离中心碳代谢,不与细胞内其它代谢途径竞争,有利于中间体IPP和DMAPP积累。
(2)该途径只需要2步反应和一个辅因子(ATP)参与,有利于产物快速积累。
附图说明
图1是利用异戊烯醇途径(IAP)途径和MVA途径在酿酒酵母中合成番茄红素的示意图;
图2是实施例1中构建的番茄红素基因表达框;
图3是实施例1中酿酒酵母敲入工具Cas9-sgRNA载体;
图4是实施例2中构建的重组质粒图谱;
图5是实施例5中以3-甲基-3-丁烯-1-醇为底物的含有不同重组质粒的酵母合成番茄红素的产量对比图;
图6是实施例5中以3-甲基-3-丁烯-1-醇和3-甲基-2-丁烯醇为底物的含有不同重组质粒的酵母合成番茄红素的产量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例以及对比例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。具体包括以下实施例:
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例与附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:异源合成四萜化合物(番茄红素)酵母底盘的构建
用高保真酶(
Figure BDA0003396146840000061
Max Super-Fidelity DNA Polymerase)PCR获得启动子(PGAL1、PGAL10、PGAL7),终止子(TADH1、TCYC1、TTDH2)和异源基因CrtE (香叶基香叶基焦磷酸合酶,GGPP合成酶)、CrtB(八氢番茄红素合酶)和 CrtI(八氢番茄红素脱氢酶)。通过融合PCR,将上述元件组装 PGAL10-CrtE-TADH1、PGAL1-CrtB-TCYC1、PGAL7-CrtI-TTDH2并构建成外源基因表达框CrtE-CrtB-CrtI,结构如图2所示。切胶回收,获得纯化的目的片段。
采用CRISPR/Cas9工具将上述外源基因表达框CrtE-CrtB-CrtI整合到野生型酿酒酵母CEN.PK2-1C基因组GAL80位置,得到产萜酵母底盘。
本实施例中的敲入载体pCut-GAL80为本领域常规的重组载体(图3所示),并含有尿嘧啶筛选标记,其能够转化尿嘧啶营养缺陷型酵母。
在进行基因组敲入转化时,目的片段为1μg,pCUT-G80载体为250ng。转化方法为PEG/LiAc法。为了保证效率,酿酒酵母转化所用的感受态细胞现制现用。具体过程如下:
(1)从YPD平板挑取野生型酵母CEN.PK2-1C单克隆于10mL 1*YPD 培养基,30℃,200rpm下过夜培养。
(2)第二天上午,取一定量(1)中发酵液转接至50mL新鲜的2*YPD 液体培养基中,转接后的初始OD600为0.2;30℃,200rpm培养4.5小时左右。
(3)测得OD600为1左右,低速离心(3000rpm,10min)收集菌体。
(4)用等体积的灭菌水将上述菌体清洗一遍,低速离心(3000rpm,10 min)收集菌体。再用1/2体积的0.1M LiOAc将上述菌体清洗一遍,低速离心收集菌体。
(5)冰上分装为50μL/5OD感受态细胞。
(6)向上述50μL感受态细胞中加入260μL PEG3350(50%W/V),36μL 1M LiOAc,10μL单链鲑鱼精DNA(100℃温育5min解链),1μg敲入片段, 250ng pCut-GAL80载体。
(7)将该混合体系上下颠倒并涡旋震荡均匀后放于42℃水浴锅中温育50 分钟。
(8)收集上述混合体系,低速离心(4000rpm,2min)收集菌体;1mL 灭菌水清洗一遍后,再次低速离心收集菌体。
(9)100μL灭菌水重悬菌体,涂布于SC-URA平板。待平板吹干后倒置于30℃培养箱中3-4天。
上述转化平板所长出的红色单克隆进行脱pCut、PCR鉴定和测序鉴定,经过序列比对,萜类外源基因表达框已成功、正确的敲入野生型酵母基因组 GAL80位点。
本实施例中所获得的产四萜化合物(番茄红素)酵母底盘命名为GLy80。
实施例2:IAP途径功能元件的组装和表达
通过融合PCR将不同来源的烯醇激酶(IAK)基因、磷酸激酶(IPK)基因与双向强启动子PGAL10-GAL1组装成IAK-IPK表达框。采用Gibson组装技术将IAK-IPK表达框与低拷贝载体pRS415-LEU2(CEN/ARS)重组,得到重组质粒pRS415-IAK-IPK(结构如图4所示)。将这些重组质粒转入上述产萜酵母底盘GLy80中进行表达,转化方法同上述实施例1。
本实施例中构建的重组质粒为:pRS415-ScCK-AtIPK和 pRS415-SeCK-CsIPK。
其中,pRS415-ScCK-AtIPK质粒组合中具体的基因型为:来源于酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)的ScCK基因(核苷酸序列如SEQ ID NO:1 所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示)和来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AtIPK基因(其核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示)。
pRS415-SeCK-CsIPK质粒组合中具体的基因型为:来源于真贝酵母菌的 SeCK基因(核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:4所示)和来源于大麻的CsIPK基因(核苷酸序列如SEQ ID NO:7所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:8所示)。
转化时菌体涂布于SC-LEU平板,30℃培养箱中3天。
实施例3:异戊烯醇途径(IAP)在酵母底盘中的应用
将上述实施例2中转化的酵母菌涂布平板3天左右长出粉红色单克隆。
(1)挑取单克隆于灭菌的24孔板中,24孔板每个孔装载2mL氨基酸缺陷型培养基(SC-LEU+2%葡萄糖),30℃,800rpm过夜培养。
(2)第二天转接,取一定量上述菌液至新的24孔板中。同上,24孔板每个孔装载2mL氨基酸缺陷型培养基(SC-LEU+2%葡萄糖)。转接后的初始OD600为0.2;30℃,800rpm培养24小时。
(3)24小时后,测得上述菌体生长至OD600为4-5左右,向培养基中加入烯醇底物Isoprenol和(或)Prenol,终浓度为25mM,再加入10%十二烷 (V/V),即200μL。
(4)继续培养3-4天。30℃,800rpm。
(5)发酵结束后,离心收集菌体。
(6)HPLC测定番茄红素的产量,并确定在酵母细胞中异戊烯醇途径发挥功能的最佳IAK-IPK酶组合。
本实施例中,酵母底盘中合成番茄红素的途径,如图1所示,MVA途径为酵母底盘合成萜类的天然途径,其为葡萄糖经由3个乙酰辅酶A通过6步反应生成IPP,IPP在异构酶的作用下进而生成DMAPP;IPA途径为以烯醇为底物经过2步反应生成IPP和DMAPP。
实施例4:萜类产物(番茄红素)提取
(1)发酵结束后,将24孔板置于水平落地离心机离心;4000rpm,10min。
(2)弃掉上层发酵液,每个孔加入1mL去离子水重旋清洗菌体;4000rpm 10min。
(3)重复(2)中操作一次。
(4)用1mL 3M盐酸重旋菌体,取出置于1.5mL EP管中。
(5)将上述菌体置于100℃金属浴中3min,然后立即置于冰水浴中3min。重复3次。
(6)12000rpm离心5min,弃上层液体。
(7)加入1mL去离子水重旋清洗菌体,12000rpm离心5min,弃上层液体。重复一次。
(8)向收集有菌体的1.5mL EP管中加入500μL丙酮,涡旋震荡10s使细胞彻底分散,萃取其中的番茄红素。然后置于超声清洗仪中超声30min,彻底提取其中的番茄红素。
(9)离心收集上层有机相;再加入500μL丙酮,重复(8)一次。
(10)将收集的1mL有机相(含目标产物番茄红素)用0.45μm的有机滤头过滤,滤液用于后续的HPLC定量分析。
实施例5:高效液相色谱(HPLC)对萜类产物(番茄红素)定量分析
HPLC分析条件:色谱柱:YMC Carotenoid,4.6*250mm,5.0μm。流动相:A相:90%乙腈,B相:100%甲基叔丁基醚。检测所用机器,安捷伦1260;条件设置:0min,40%B;5min,95%B;10min,95%B;10.01min,40%B; 20min,40%B。上样量,20μL。流速,1mL/min。柱温,30℃。标准品为: 2.5mg/L、10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L番茄红素(用丙酮溶解)。
根据HPLC定量的结果如图5,图6所示,图中,横坐标为酵母底盘类型,纵坐标为番茄红素产量。
图5为饲喂25mM 3-甲基-3-丁烯-1-醇底物后的发酵结果。其中底盘G80 和G80(pRS415)为对照组;底盘G80(pRS415-ScCK-AtIPK)和 G80(pRS415-SeCK-CsIPK)为实验组。图6为饲喂25mM双底物3-甲基-3-丁烯-1-醇+3-甲基-2-丁烯醇(摩尔比3:1)的发酵结果。其中底盘G80和 G80(pRS415)为对照组;底盘G80(pRS415-ScCK-AtIPK)和 G80(pRS415-SeCK-CsIPK)为实验组。从图5和图6中可以得出结论:将 pRS415-ScCK-AtIPK和pRS415-SeCK-CsIPK转入酵母底盘GLy80中,可将番茄红素的产量提高1-1.3倍。
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所述实施例的限制,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。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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<400> 1
atggtacaag aatcacgtcc agggagtgta agaagttact cggtcggtta ccaagcaagg 60
tccagatcga gttctcaaag aagacattcg ttaacacgcc aacgttcctc gcaaagactg 120
attagaacca tcagtatcga gtctgatgtg tctaatatta ctgacgatga cgatttgaga 180
gctgtcaatg agggagtagc gggtgtgcaa ctggacgtct ctgaaaccgc aaataaggga 240
ccaagaagag catcagcaac tgatgtcaca gatagtttgg gttcgacttc gtcggaatat 300
attgagattc cctttgttaa ggaaacattg gatgcaagtt taccttcgga ttatctgaag 360
caggacatat taaatctcat tcagagtttg aagatatcca aatggtataa caacaagaaa 420
atccaaccgg tagcacaaga tatgaactta gtcaagatct ctggtgcgat gacaaacgca 480
attttcaaag ttgaataccc taagttacca tcgttgctat tgagaatata cggaccgaat 540
attgataata tcattgacag ggaatatgaa ttgcagattt tggctaggct ttcattgaaa 600
aatataggtc cttcccttta cggctgtttt gtaaacggta gatttgagca gtttctggag 660
aattctaaga ctttaacaaa agacgacatt agaaactgga agaactctca aaggattgca 720
aggagaatga aggagttaca tgtaggtgtt cctctcttga gttcagaaag gaagaacggg 780
tcggcttgtt ggcaaaagat taaccagtgg ttgcgcacga ttgagaaagt cgaccaatgg 840
gtgggggatc ctaaaaacat tgaaaactct ttattatgtg agaattggtc caagtttatg 900
gatattgtcg atagatatca caagtggctt atttctcaag aacagggtat agagcaagtc 960
aacaaaaatc ttatattctg ccataatgat gcccaatacg gcaatttact tttcactgct 1020
cctgtgatga acacaccgag cctatacact gcaccttcgt ctacatcatt gacttcccaa 1080
tcaagttcct tatttccttc gagctccaat gtcattgtag atgatataat caacccgcca 1140
aagcaggagc aaagccaaga ttccaaattg gtcgtcattg attttgaata tgcaggtgcc 1200
aatcccgccg catatgattt agcgaatcat ctttccgagt ggatgtatga ttacaacaat 1260
gctaaggccc cacatcagtg ccacgctgat agatatcccg ataaagaaca ggttttgaat 1320
ttcttatact cttatgtttc gcatctaagg ggtggtgcta aggaacccat agatgaagag 1380
gttcaaagac tctataagtc aatcattcaa tggagaccca ctgtacaact attttggtcg 1440
ctctgggcca tcctacaaag tggtaaatta gagaaaaaag aagcctccac tgccatcact 1500
agagaagaaa ttggacccaa tggaaaaaaa tatatcatca agactgaacc cgaatcccct 1560
gaagaagact ttgttgaaaa tgacgacgag cctgaagctg gcgtcagcat tgacacgttc 1620
gattatatgg cttatggtcg tgacaagatt gcggtctttt ggggcgacct cattggctta 1680
ggcataatca ccgaagaaga atgcaaaaat ttcagctctt tcaagttcct cgatactagt 1740
tatttgtaa 1749
<210> 2
<211> 581
<212> PRT
<213> Saccharomyces cerevisiae
<400> 2
Met Val Gln Glu Ser Arg Pro Gly Ser Val Arg Ser Tyr Ser Val Gly
1 5 10 15
Tyr Gln Ala Arg Ser Arg Ser Ser Ser Gln Arg Arg His Ser Leu Thr
20 25 30
Arg Gln Arg Ser Ser Gln Arg Leu Ile Arg Thr Ile Ser Ile Glu Ser
35 40 45
Asp Val Ser Asn Ile Thr Asp Asp Asp Asp Leu Arg Ala Val Asn Glu
50 55 60
Gly Val Ala Gly Val Gln Leu Asp Val Ser Glu Thr Ala Asn Lys Gly
65 70 75 80
Pro Arg Arg Ala Ser Ala Thr Asp Val Thr Asp Ser Leu Gly Ser Thr
85 90 95
Ser Ser Glu Tyr Ile Glu Ile Pro Phe Val Lys Glu Thr Leu Asp Ala
100 105 110
Ser Leu Pro Ser Asp Tyr Leu Lys Gln Asp Ile Leu Asn Leu Ile Gln
115 120 125
Ser Leu Lys Ile Ser Lys Trp Tyr Asn Asn Lys Lys Ile Gln Pro Val
130 135 140
Ala Gln Asp Met Asn Leu Val Lys Ile Ser Gly Ala Met Thr Asn Ala
145 150 155 160
Ile Phe Lys Val Glu Tyr Pro Lys Leu Pro Ser Leu Leu Leu Arg Ile
165 170 175
Tyr Gly Pro Asn Ile Asp Asn Ile Ile Asp Arg Glu Tyr Glu Leu Gln
180 185 190
Ile Leu Ala Arg Ser Leu Lys Asn Ile Gly Pro Ser Leu Tyr Gly Cys
195 200 205
Phe Val Asn Gly Arg Phe Glu Gln Phe Leu Glu Asn Ser Lys Thr Leu
210 215 220
Thr Lys Asp Asp Ile Arg Asn Trp Lys Asn Ser Gln Arg Ile Ala Arg
225 230 235 240
Arg Met Lys Glu Leu His Val Gly Val Pro Leu Leu Ser Ser Glu Arg
245 250 255
Lys Asn Gly Ser Ala Cys Trp Gln Lys Ile Asn Gln Trp Leu Arg Thr
260 265 270
Ile Glu Lys Val Asp Gln Trp Val Gly Asp Pro Lys Asn Ile Glu Asn
275 280 285
Ser Leu Leu Cys Glu Asn Trp Ser Lys Phe Met Asp Ile Val Asp Arg
290 295 300
Tyr His Lys Trp Leu Ile Ser Gln Glu Gln Gly Ile Glu Gln Val Asn
305 310 315 320
Lys Asn Leu Ile Phe Cys His Asn Asp Ala Gln Tyr Gly Asn Leu Leu
325 330 335
Phe Thr Ala Pro Val Met Asn Thr Pro Ser Leu Tyr Thr Ala Pro Ser
340 345 350
Ser Thr Ser Leu Thr Ser Gln Ser Ser Ser Leu Phe Pro Ser Ser Ser
355 360 365
Asn Val Ile Val Asp Asp Ile Ile Asn Pro Pro Lys Gln Glu Gln Ser
370 375 380
Gln Asp Ser Lys Leu Val Val Ile Asp Phe Glu Tyr Ala Gly Ala Asn
385 390 395 400
Pro Ala Ala Tyr Asp Leu Ala Asn His Leu Ser Glu Trp Met Tyr Asp
405 410 415
Tyr Asn Asn Ala Lys Ala Pro His Gln Cys His Ala Asp Arg Tyr Pro
420 425 430
Asp Lys Glu Gln Val Leu Asn Phe Leu Tyr Ser Tyr Val Ser His Leu
435 440 445
Arg Gly Gly Ala Lys Glu Pro Ile Asp Glu Glu Val Gln Arg Leu Tyr
450 455 460
Lys Ser Ile Ile Gln Trp Arg Pro Thr Val Gln Leu Phe Trp Ser Leu
465 470 475 480
Trp Ala Ile Leu Gln Ser Gly Lys Leu Glu Lys Lys Glu Ala Ser Thr
485 490 495
Ala Ile Thr Arg Glu Glu Ile Gly Pro Asn Gly Lys Lys Tyr Ile Ile
500 505 510
Lys Thr Glu Pro Glu Ser Pro Glu Glu Asp Phe Val Glu Asn Asp Asp
515 520 525
Glu Pro Glu Ala Gly Val Ser Ile Asp Thr Phe Asp Tyr Met Ala Tyr
530 535 540
Gly Arg Asp Lys Ile Ala Val Phe Trp Gly Asp Leu Ile Gly Leu Gly
545 550 555 560
Ile Ile Thr Glu Glu Glu Cys Lys Asn Phe Ser Ser Phe Lys Phe Leu
565 570 575
Asp Thr Ser Tyr Leu
580
<210> 3
<211> 1749
<212> DNA
<213> Saccharomyces eubayanus
<400> 3
atggtttcag aatcgcgtcg agggagtgta aaaagttatt cggtcggcta tcaagcaagg 60
tctagatcga gttcccagag gagaccttca ttgacacgtc aacgctcttc tcaaaggttg 120
attaggacta ttagcatcgg gtccgatgtt actaatgtta ctgacgatga tgatttgaag 180
gctgtcaatg aaggagttgc agaccttgaa ttagatattt cagaaactac aaataaggga 240
caaaggatta catcagcaac agacgccgca gacaatttgg gctcggttcc atcagaatgt 300
attgagatac cttttgtcga ggaaacactg gatgcaagtt taccgttgga ttatttaaag 360
caagacatat taaatctcgt tcagagcttg aaaatatcaa aatggtataa caacaagaaa 420
attcaaccat tggctcagga tataaactta acaaagatgt ccggtgcaat gaccaatgca 480
atcttcaaag ttgaatatcc taatttgccg tcgctactat tgaggattta cggtcccaac 540
atcgataaca tcattgatag agaatatgag ttgcagatcc tagctagact ttcgttgagg 600
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aactcgaaga ccttgacgaa ggatgacatc agaaattgga aaagctctca aagaattgca 720
agaagaatga aggagttgca cgtaggtgta cctcttctga gttcagaaag aaagaacggc 780
tctgcctgtt ggcaaaagat taaccaatgg ctgcgcacaa tcgaaaatgt ccaacaatgg 840
gtgggagacc ccaaaaatct tgacaagtct ctattgtgcg aggactggtc caagttcaaa 900
gatattattc aaagatacca caaatggttg gtcgtacaag aacatggcat ggaccgagtc 960
aacaagaatt tggtgttttg ccacaatgat gcgcaatacg gtaatttgct ttttaccgca 1020
cctgtgatgg acacatcaaa tctgcactcg gcgccttcct ccacgtcact ctcgtcacat 1080
tcgagttcat tgttcccttc agattctaat gtcatcgtgg atgatattat caacccgcca 1140
aagcaggaac aaagccaaga ttctaaactg gtcgtcattg attttgaata tgcaggcgca 1200
aacccagccg catacgatct agcaaatcat ctctctgagt ggatgtatga ttacaataat 1260
gcagaggctc cgcacaactg ccattctgat aaatatcccg ataaggagca agtcctaaac 1320
ttcttgtact cttatgtctc ccatttaagg ggcggagcta aggagcccat tgatgaggaa 1380
gttcaaaggc tctacaactc aatcctgcaa tggagaccca cggtccaatt gttttggtcg 1440
ctctgggcca tcctacaaag cggtgagttg gaagaggaag agcctcacac tgtcaccgcc 1500
aaagaagaaa ctggccccaa tggaaacaaa tacatcatca agacggatcc cagccctgtg 1560
gaagaggatc tcgtggataa cgaagatcag ccagaggctg gtgtcagcat cgacacgttc 1620
gattatatgg cttatggccg cgacaagatt gcggtctttt ggggtgacct cattggtctg 1680
ggcataatca ccaaggaaga atgcgaaaaa tttagctctt tcaaattcct agatactagc 1740
tatttgtaa 1749
<210> 4
<211> 582
<212> PRT
<213> Saccharomyces eubayanus
<400> 4
Met Val Ser Glu Ser Arg Arg Gly Ser Val Lys Ser Tyr Ser Val Gly
1 5 10 15
Tyr Gln Ala Arg Ser Arg Ser Ser Ser Gln Arg Arg Pro Ser Leu Thr
20 25 30
Arg Gln Arg Ser Ser Gln Arg Leu Ile Arg Thr Ile Ser Ile Gly Ser
35 40 45
Asp Val Thr Asn Val Thr Asp Asp Asp Asp Leu Lys Ala Val Asn Glu
50 55 60
Gly Val Ala Asp Leu Glu Leu Asp Ile Ser Glu Thr Thr Asn Lys Gly
65 70 75 80
Gln Arg Ile Thr Ser Ala Thr Asp Ala Ala Asp Asn Leu Gly Ser Val
85 90 95
Pro Ser Glu Cys Ile Glu Ile Pro Phe Val Glu Glu Thr Leu Asp Ala
100 105 110
Ser Leu Pro Leu Asp Tyr Leu Lys Gln Asp Ile Leu Asn Leu Val Gln
115 120 125
Ser Leu Lys Ile Ser Lys Trp Tyr Asn Asn Lys Lys Ile Gln Pro Leu
130 135 140
Ala Gln Asp Ile Asn Leu Thr Lys Met Ser Gly Ala Met Thr Asn Ala
145 150 155 160
Ile Phe Lys Val Glu Tyr Pro Asn Leu Pro Ser Leu Leu Leu Arg Ile
165 170 175
Tyr Gly Pro Asn Ile Asp Asn Ile Ile Asp Arg Glu Tyr Glu Leu Gln
180 185 190
Ile Leu Ala Arg Leu Ser Leu Arg Asn Ile Gly Pro Ser Leu Phe Gly
195 200 205
Cys Phe Ile Asn Gly Arg Phe Glu Gln Phe Leu Glu Asn Ser Lys Thr
210 215 220
Leu Thr Lys Asp Asp Ile Arg Asn Trp Lys Ser Ser Gln Arg Ile Ala
225 230 235 240
Arg Arg Met Lys Glu Leu His Val Gly Val Pro Leu Leu Ser Ser Glu
245 250 255
Arg Lys Asn Gly Ser Ala Cys Trp Gln Lys Ile Asn Gln Trp Leu Arg
260 265 270
Thr Ile Glu Asn Val Gln Gln Trp Val Gly Asp Pro Lys Asn Leu Asp
275 280 285
Lys Ser Leu Leu Cys Glu Asp Trp Ser Lys Phe Lys Asp Ile Ile Gln
290 295 300
Arg Tyr His Lys Trp Leu Val Val Gln Glu His Gly Met Asp Arg Val
305 310 315 320
Asn Lys Asn Leu Val Phe Cys His Asn Asp Ala Gln Tyr Gly Asn Leu
325 330 335
Leu Phe Thr Ala Pro Val Met Asp Thr Ser Asn Leu His Ser Ala Pro
340 345 350
Ser Ser Thr Ser Leu Ser Ser His Ser Ser Ser Leu Phe Pro Ser Asp
355 360 365
Ser Asn Val Ile Val Asp Asp Ile Ile Asn Pro Pro Lys Gln Glu Gln
370 375 380
Ser Gln Asp Ser Lys Leu Val Val Ile Asp Phe Glu Tyr Ala Gly Ala
385 390 395 400
Asn Pro Ala Ala Tyr Asp Leu Ala Asn His Leu Ser Glu Trp Met Tyr
405 410 415
Asp Tyr Asn Asn Ala Glu Ala Pro His Asn Cys His Ser Asp Lys Tyr
420 425 430
Pro Asp Lys Glu Gln Val Leu Asn Phe Leu Tyr Ser Tyr Val Ser His
435 440 445
Leu Arg Gly Gly Ala Lys Glu Pro Ile Asp Glu Glu Val Gln Arg Leu
450 455 460
Tyr Asn Ser Ile Leu Gln Trp Arg Pro Thr Val Gln Leu Phe Trp Ser
465 470 475 480
Leu Trp Ala Ile Leu Gln Ser Gly Glu Leu Glu Glu Glu Glu Pro His
485 490 495
Thr Val Thr Ala Lys Glu Glu Thr Gly Pro Asn Gly Asn Lys Tyr Ile
500 505 510
Ile Lys Thr Asp Pro Ser Pro Val Glu Glu Asp Leu Val Asp Asn Glu
515 520 525
Asp Gln Pro Glu Ala Gly Val Ser Ile Asp Thr Phe Asp Tyr Met Ala
530 535 540
Tyr Gly Arg Asp Lys Ile Ala Val Phe Trp Gly Asp Leu Ile Gly Leu
545 550 555 560
Gly Ile Ile Thr Lys Glu Glu Cys Glu Lys Phe Ser Ser Phe Lys Phe
565 570 575
Leu Asp Thr Ser Tyr Leu
580
<210> 5
<211> 999
<212> DNA
<213> Arabidopsis thaliana
<400> 5
atggagctga atatttccga gagtcgaagc agatcaattc gttgcattgt gaaacttgga 60
ggtgcggcaa ttacttgcaa aaacgagctg gagaagattc acgatgaaaa tctggaggtc 120
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agtggtgatg ttatcatccg tcatcttgca gatcatttga agccagaata tgttgtcttt 660
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ctcttgaaag agatcgctgt tggagaagat ggaagctgga aggttgtgaa tccactgttg 780
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gaagattggc ttggtactat catcagattc tcaaagtag 999
<210> 6
<211> 332
<212> PRT
<213> Arabidopsis thaliana
<400> 6
Met Glu Leu Asn Ile Ser Glu Ser Arg Ser Arg Ser Ile Arg Cys Ile
1 5 10 15
Val Lys Leu Gly Gly Ala Ala Ile Thr Cys Lys Asn Glu Leu Glu Lys
20 25 30
Ile His Asp Glu Asn Leu Glu Val Val Ala Cys Gln Leu Arg Gln Ala
35 40 45
Met Leu Glu Gly Ser Ala Pro Ser Lys Val Ile Gly Met Asp Trp Ser
50 55 60
Lys Arg Pro Gly Ser Ser Glu Ile Ser Cys Asp Val Asp Asp Ile Gly
65 70 75 80
Asp Gln Lys Ser Ser Glu Phe Ser Lys Phe Val Val Val His Gly Ala
85 90 95
Gly Ser Phe Gly His Phe Gln Ala Ser Arg Ser Gly Val His Lys Gly
100 105 110
Gly Leu Glu Lys Pro Ile Val Lys Ala Gly Phe Val Ala Thr Arg Ile
115 120 125
Ser Val Thr Asn Leu Asn Leu Glu Ile Val Arg Ala Leu Ala Arg Glu
130 135 140
Gly Ile Pro Thr Ile Gly Met Ser Pro Phe Ser Cys Gly Trp Ser Thr
145 150 155 160
Ser Lys Arg Asp Val Ala Ser Ala Asp Leu Ala Thr Val Ala Lys Thr
165 170 175
Ile Asp Ser Gly Phe Val Pro Val Leu His Gly Asp Ala Val Leu Asp
180 185 190
Asn Ile Leu Gly Cys Thr Ile Leu Ser Gly Asp Val Ile Ile Arg His
195 200 205
Leu Ala Asp His Leu Lys Pro Glu Tyr Val Val Phe Leu Thr Asp Val
210 215 220
Leu Gly Val Tyr Asp Arg Pro Pro Ser Pro Ser Glu Pro Asp Ala Val
225 230 235 240
Leu Leu Lys Glu Ile Ala Val Gly Glu Asp Gly Ser Trp Lys Val Val
245 250 255
Asn Pro Leu Leu Glu His Thr Asp Lys Lys Val Asp Tyr Ser Val Ala
260 265 270
Ala His Asp Thr Thr Gly Gly Met Glu Thr Lys Ile Ser Glu Ala Ala
275 280 285
Met Ile Ala Lys Leu Gly Val Asp Val Tyr Ile Val Lys Ala Ala Thr
290 295 300
Thr His Ser Gln Arg Ala Leu Asn Gly Asp Leu Arg Asp Ser Val Pro
305 310 315 320
Glu Asp Trp Leu Gly Thr Ile Ile Arg Phe Ser Lys
325 330
<210> 7
<211> 1161
<212> DNA
<213> Cannabis sativa
<400> 7
atgtccagca gacaagagta tttagttgac tataaaccac gtggcactcc cacaacttgg 60
cacaaattta ggaccaaact actcagtaaa gaagcgtttt cgaaaaccaa aagcaaagca 120
ttttcaaaca aaacaaaaca aaatcgagaa atggagaaaa aaaaccaaac gatggaacaa 180
agcgcctcca tcaatctctc aacaccaatc agatgcatcg tcaagctcgg gggggcagca 240
attacttgca agaatgaact agagacaata catgatgaaa acctcaagga ggtttcattg 300
cagctgaggg aatccatgaa tgtgcagtcg ccttctggca agattcttgg gatggattgg 360
agcaaaggag ctggagaatc agaaatttca tgcagcataa atgattttag tgctgtgcca 420
gcaatggatt ccagctcatt tattgttgtt cacggtgcag gttcttttgg gcactttcaa 480
gctagtaaat ctggggttca taaaggagga ctgaacaaac ctcttgtgaa ggctggtttt 540
gttgctacgc gcatttctgt tacaaagctc aatcatgaaa ttgttagagc tctagccaga 600
gagggtattc cttctattgg agtgtctcca ttttcatgtg gatggtcaac caatatgaga 660
aatatagctt cagctgactt atctgcaatg actaaggcta ttgattctgg ctttgtacct 720
gttacccatg gagatgctgt acttgatgat gaactgggat gcaccatact gagtggagat 780
gttatcatac gacatctggc agcacacttc aagcccgaat tcgtagtttt tatgacagat 840
gttcttgggg tatacgaccg accaccattg gatagcactg cagtgctgtt gagagaaatt 900
gaagtgcatg aagatgggag ctggtcagtt gtgaagccaa cacttgagaa cataagtaaa 960
gtgaaaacag atgtagcagc tcacgacaca acagggggca tggagaccaa gattttggaa 1020
gctgccatga ttgcaagact tgggatagat gtctacatag tcaaggcggg aacaaaccat 1080
tctttgaggg cattgcgtgg tgaattgaga ggcaatgttc ctgaagactg gcttgggaca 1140
gtaattcgat tttcaaaatg a 1161
<210> 8
<211> 386
<212> PRT
<213> Cannabis sativa
<400> 8
Met Ser Ser Arg Gln Glu Tyr Leu Val Asp Tyr Lys Pro Arg Gly Thr
1 5 10 15
Pro Thr Thr Trp His Lys Phe Arg Thr Lys Leu Leu Ser Lys Glu Ala
20 25 30
Phe Ser Lys Thr Lys Ser Lys Ala Phe Ser Asn Lys Thr Lys Gln Asn
35 40 45
Arg Glu Met Glu Lys Lys Asn Gln Thr Met Glu Gln Ser Ala Ser Ile
50 55 60
Asn Leu Ser Thr Pro Ile Arg Cys Ile Val Lys Leu Gly Gly Ala Ala
65 70 75 80
Ile Thr Cys Lys Asn Glu Leu Glu Thr Ile His Asp Glu Asn Leu Lys
85 90 95
Glu Val Ser Leu Gln Leu Arg Glu Ser Met Asn Val Gln Ser Pro Ser
100 105 110
Gly Lys Ile Leu Gly Met Asp Trp Ser Lys Gly Ala Gly Glu Ser Glu
115 120 125
Ile Ser Cys Ser Ile Asn Asp Phe Ser Ala Val Pro Ala Met Asp Ser
130 135 140
Ser Ser Phe Ile Val Val His Gly Ala Gly Ser Phe Gly His Phe Gln
145 150 155 160
Ala Ser Lys Ser Gly Val His Lys Gly Gly Leu Asn Lys Pro Leu Val
165 170 175
Lys Ala Gly Phe Val Ala Thr Arg Ile Ser Val Thr Lys Leu Asn His
180 185 190
Glu Ile Val Arg Ala Leu Ala Arg Glu Gly Ile Pro Ser Ile Gly Val
195 200 205
Ser Pro Phe Ser Cys Gly Trp Ser Thr Asn Met Arg Asn Ile Ala Ser
210 215 220
Ala Asp Leu Ser Ala Met Thr Lys Ala Ile Asp Ser Gly Phe Val Pro
225 230 235 240
Val Thr His Gly Asp Ala Val Leu Asp Asp Glu Leu Gly Cys Thr Ile
245 250 255
Leu Ser Gly Asp Val Ile Ile Arg His Leu Ala Ala His Phe Lys Pro
260 265 270
Glu Phe Val Val Phe Met Thr Asp Val Leu Gly Val Tyr Asp Arg Pro
275 280 285
Pro Leu Asp Ser Thr Ala Val Leu Leu Arg Glu Ile Glu Val His Glu
290 295 300
Asp Gly Ser Trp Ser Val Val Lys Pro Thr Leu Glu Asn Ile Ser Lys
305 310 315 320
Val Lys Thr Asp Val Ala Ala His Asp Thr Thr Gly Gly Met Glu Thr
325 330 335
Lys Ile Leu Glu Ala Ala Met Ile Ala Arg Leu Gly Ile Asp Val Tyr
340 345 350
Ile Val Lys Ala Gly Thr Asn His Ser Leu Arg Ala Leu Arg Gly Glu
355 360 365
Leu Arg Gly Asn Val Pro Glu Asp Trp Leu Gly Thr Val Ile Arg Phe
370 375 380
Ser Lys
385

Claims (10)

1.一种重组质粒,其特征在于,所述重组质粒包括烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因。
2.根据权利要求1所述的重组质粒,其特征在于,所述烯醇激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)ScCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示;
(2)SeCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:4所示。
3.根据权利要求1所述的重组质粒,其特征在于,所述异戊烯基磷酸激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)AtIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示;
(2)CsIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:7所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:8所示。
4.权利要求1-3任一所述的重组质粒的构建方法,其特征在于,将所述烯醇激酶基因和所述异戊烯基磷酸激酶基因分别通过融合PCR的方式与启动子、终止子组合成表达框,再利用Gibson组装的方式与载体骨架连接,即得到重组质粒;
优选地,所述烯醇激酶基因的启动子为Gal1启动子;
优选地,所述异戊烯基磷酸激酶基因的启动子为Gal10启动子。
5.一种重组菌株,其特征在于,所述重组菌株包含烯醇激酶基因和异戊烯基磷酸激酶基因;
优选地,所述重组菌株为酵母菌或大肠杆菌。
6.根据权利要求5所述的重组菌株,其特征在于,所述烯醇激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)ScCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示;
(2)SeCK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:4所示;
优选地,所述烯醇激酶作用的底物包括3-甲基-3-丁烯-1-醇和3-甲基-2-丁烯醇。
7.根据权利要求权利要求5所述的重组菌株,其特征在于,所述异戊烯基磷酸激酶基因包括下述的至少一个基因:
(1)AtIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示;
(2)CsIPK基因,其核苷酸序列如SEQ ID NO:7所示,其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO:8所示;
优选地,所述异戊烯基磷酸激酶作用的底物包括异戊烯基单磷酸和二甲基丙烯基单磷酸。
8.权利要求1-3任一所述的重组质粒或权利要求5-7任一所述的重组菌株在萜类化合物生产中的应用。
9.一种利用重组菌株生产萜类化合物的方法,其特征在于,包括如下步骤:
在培养基中培养权利要求5-7任一所述的重组菌株;加入烯醇底物;从所述培养基中分离所述萜类化合物。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述烯醇底物选自3-甲基-3-丁烯-1-醇和3-甲基-2-丁烯醇中的一种或两种;
优选地,所述底物添加的时间为培养基中重组菌株的OD600为4~5;
优选地,所述烯醇底物为3-甲基-3-丁烯-1-醇和3-甲基-2-丁烯醇时,其摩尔比为3-甲基-3-丁烯-1-醇:3-甲基-2-丁烯醇=3:1。
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