蓝藻作为一类能够进行光合作用的原核生物，可直接利用太阳能将二氧化碳（CO₂）固存转化为有机物质，是构建高效生物太阳能细胞工厂、实现CO₂资源化利用及绿色生物产品合成的理想宿主，在生物制造领域具有广阔的应用潜力，可用于生产生物燃料、生物基化学品、药用成分等多种生物产品。
α-法尼烯是一种天然倍半萜类化合物，具有独特的化学结构和理化性质，在多个领域展现出广泛的应用价值：在生物燃料领域，可作为优质的生物燃料前体，具有能量密度高、燃烧性能好等优势；在害虫防治领域，可作为昆虫信息素，实现对特定害虫的绿色防控；在化妆品和香精香料领域，因其独特的香气，常被用作添加剂，提升产品的感官品质，市场需求持续攀升。
为实现α-法尼烯的绿色、高效合成，本研究首次开展细长聚球藻UTEX 2973的代谢工程改造，构建高效合成α-法尼烯的工程菌株。研究团队将密码子优化后的法尼烯合酶（AFS）基因，精准整合至细长聚球藻UTEX 2973基因组的中性位点，利用该菌株内源性的甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）途径，实现α-法尼烯的从头合成，成功构建了基础工程菌株UTEX AFS。
由于MEP途径是α-法尼烯合成的关键途径，其关键酶的活性直接限制产物的合成效率。为进一步提升α-法尼烯的生产率，本研究针对MEP途径的瓶颈基因进行定向工程化改造：选取1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶（dxs）基因，以及异戊烯二磷酸异构酶与法尼基二磷酸合酶的融合基因（idispA），分别将其导入UTEX AFS菌株中，构建了三种进阶工程菌株，分别为UTEX AFS::dxs、UTEX AFS::idispA及UTEX AFS::dxs::idispA（双基因共表达菌株）。
实验结果表明，不同基因改造策略对α-法尼烯生产率具有显著影响。其中，双基因共表达菌株UTEX AFS::dxs::idispA表现出最优的合成性能，其α-法尼烯生产率达到2.57毫克/升/天，经文献调研确认，该数值达到目前已报道的工程化蓝藻菌株合成α-法尼烯的最高水平。与基础工程菌株UTEX AFS相比，UTEX AFS::dxs::idispA的α-法尼烯产量提升了31.3倍，改造效果显著。
此外，工程菌株的遗传稳定性是其工业化应用的关键前提。本研究对UTEX AFS::dxs::idispA菌株进行了长期稳定性测试，结果显示，该菌株在连续三个月的培养过程中，能够保持稳定的α-法尼烯生产能力，未出现明显的生产率下降，表明其具有良好的遗传稳定性，为后续的工业化放大培养奠定了坚实基础。本研究为利用蓝藻固存CO₂高效合成α-法尼烯提供了新的技术路径和优质菌株资源。
原文链接：Photosynthetic production of α-farnesene by engineered Synechococcus elongatus UTEX 2973 from carbon dioxide
