鸢尾酮(irones)是一种鸢尾科鸢尾属植物产生的主要香气组分,广泛应用于高档香水、烟草产品、高档食品以及高档洗护用品中。为了降低鸢尾酮生产成本和实现可持续性供应,本文将探索三种微生物合成鸢尾酮的策略。第一种方法:受到传统陈化提取法的启发,使用鸢尾根状茎中分离得到的微生物对鸢尾根进行发酵获得鸢尾酮。从陈化2年的香料用鸢尾根状茎干片中分离得到1株可以发酵新鲜鸢尾根状茎粉获得鸢尾酮的真菌Aspergillus fumigatus ZD-J1。对其发酵产物进行的HPLC/MS分析及IH NMR氢谱鉴定,确定产物中鸢尾酮的构型为γ-irone和α-irone。最后我们对发酵条件(氮源、温度和pH)进行了优化,在最优条件下,鸢尾酮产物浓度是7.25 mg/L,时空产效率是12 mg/(kg*d),比传统方法生产效率提高了 45倍。第二种方法:理论上,假紫罗兰酮可以通过甲基化及环化生物合成鸢尾酮,通过代谢工程技术在大肠杆菌中构建生产紫罗兰酮就成为合成鸢尾酮的新策略。首先将番茄红素生物合成途径的crtEIB基因簇插入至大肠杆菌的基因组上,然后将含类胡萝卜素裂解双加氧酶1基因(cmCCDl)的载体转化到这一菌株中,构建产假紫罗兰酮的代谢工程菌。随后,通过两相发酵法,能够进一步的提高假紫罗兰酮的发酵产率。最后,使用pBAD启动子替换Trc启动子,可以严密调控cmCCD1的表达,从而将假紫罗兰酮的产物浓度从30 μg/L提高到110 μg/L。为了进一步提高假紫罗兰酮的产量,开展了启动子工程的研究。采用cat-sacB无痕重组技术,考察了 5个不同强度启动子对NADPH供应的关键基因及MEP途径的关键基因表达的影响。研究表明,对TCA及PPP的关键基因(sdhABCD、sucAB及talB)的启动子进行了组合优化,可将假紫罗兰酮的产量提高提高280%。进一步组合优化MEP途径限速酶基因dxs和idi的启动子,使假紫罗兰酮的产量提高了 176%,单位含量达到了 3.42 mg/g。最后,利用菌株本身缺失错配修复系统的关键基因mutS,进行随机突变,将假紫罗兰酮的单位含量提高到了 5.76 mg/g。通过对摇瓶发酵条件:碳源、氮源、诱导时间、诱导剂浓度、温度和Fe2+浓度的优化,进一步提高了产量,最终产物浓度达到24mg/L,单位含量达8.55 mg/g。最终假紫罗兰酮的单位含量相较于出发菌株提高了 1 85倍。第三种方法:marnerol被认为是在植物细胞中合成的鸢尾酮的天然存在的前体,本文设想建立酵母菌代谢工程生物合成marnerol的新策略。将来源于拟南芥、密码子优化的MRN1基因带上G418抗性标签整合到模式酵母BY4741基因组中,获得了能够合成marnerol的酿酒酵母代谢工程菌株。进一步实验表明,采用高拷贝质粒和强启动子实现MRN1及tHMG基因的强表达,能够大幅度提高角鲨烯含量,但反而会降低细胞内marnerol的浓度。最后还开展了Aspergillus fumigatus ZD-J1利用上面制备的假紫罗兰酮和marnerol生物转化合成鸢尾酮的探索性的初步研究。总之,本文利用新分离的微生物实现了鸢尾根粉生物转化高效合成鸢尾酮的新工艺,并且在大肠杆菌和酿酒酵母中开展了代谢工程研究,构建能够高效合成假紫罗兰酮和marnerol的代谢工程菌,并优化了相应的发酵工艺。虽然最终没有实现鸢尾酮的生物转化,但这两种潜在的鸢尾酮前体生物合成工艺的建立对进一步创新鸢尾酮的高效生产工艺都具有重要的奠基性意义。