Eukaryotic yeasts have a variety of subcellular compartments and are ideal platform strains for the construction of complex heterologous natural product biosynthesis pathways. Improving the synthesis efficiency of microbial cell factories through the utilization and modification of subcellular compartments by synthetic biology has good application prospects. Here, we used the yeast PLN1 protein to target the normally endoplasmic reticulum (ER)-localized cytochrome P450 enzyme protopanaxadiol (PPD) synthase (PPDS) to lipid droplets (LDs), which are the storage organelles of the PPDS substrate dammarenediol-II (DD). The efficiency of converting DD to PPD was significantly increased by 394%, and the conversion rate of DD increased from 17.4% to 86.0%. Furthermore, increasing the volume of LDs can significantly enhance the production of DD and its derivatives, but the change in the ratio of the volume and surface area of LDs decreased the conversion efficiency of DD to PPD. Additionally, the biosynthetic pathways of the PPD-type saponin ginsenoside compound K (CK) was reconstituted in a PPD-producing chassis strain, and CK production reached 21.8 mg/L/OD, 4.4-fold higher compared to the native ER-expression strategy. Next, we enhanced the expression of the Pn3-29 gene module to further reduce the accumulation of PPD and increase the production of CK to 41.3 mg/L/OD. Finally, the CK titer of the resulting strain reached 5 g/L in 5 L fed-batch fermentations. This study provides a new strategy for engineering yeast to produce complex natural products.

真核酵母具有多种亚细胞区室，是构建复杂的异源天然产物生物合成途径的理想平台菌株。通过合成生物学对亚细胞区室的利用和修饰来提高微生物细胞工厂的合成效率具有良好的应用前景。在这里，我们使用酵母 PLN1 蛋白将正常内质网 (ER) 定位的细胞色素 P450 酶原人参二醇 (PPD) 合酶 (PPDS) 靶向脂滴 (LD)，脂滴是 PPDS 底物达马烯二醇-II 的储存细胞器。 DD）。DD转化PPD的效率显着提高了394%，DD转化率从17.4%提高到86.0%。此外，增加LDs的体积可以显着提高DD及其衍生物的产量，但LDs体积与表面积之比的变化降低了DD向PPD的转化效率。此外，PPD 型皂苷人参皂苷化合物 K (CK) 的生物合成途径在产生 PPD 的底盘菌株中重建，CK 产量达到 21.8 mg/L/OD，比天然 ER 表达策略高 4.4 倍. 接下来，我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。但LDs体积和表面积比的变化降低了DD向PPD的转化效率。此外，PPD 型皂苷人参皂苷化合物 K (CK) 的生物合成途径在产生 PPD 的底盘菌株中重建，CK 产量达到 21.8 mg/L/OD，比天然 ER 表达策略高 4.4 倍. 接下来，我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。但LDs体积和表面积比的变化降低了DD向PPD的转化效率。此外，PPD 型皂苷人参皂苷化合物 K (CK) 的生物合成途径在产生 PPD 的底盘菌株中重建，CK 产量达到 21.8 mg/L/OD，比天然 ER 表达策略高 4.4 倍. 接下来，我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。PPD 型皂苷人参皂苷化合物 K (CK) 的生物合成途径在产生 PPD 的底盘菌株中重建，CK 产量达到 21.8 mg/L/OD，与天然 ER 表达策略相比，高 4.4 倍。接下来，我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。PPD 型皂苷人参皂苷化合物 K (CK) 的生物合成途径在产生 PPD 的底盘菌株中重建，CK 产量达到 21.8 mg/L/OD，与天然 ER 表达策略相比，高 4.4 倍。接下来，我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。我们增强了 Pn3-29 基因模块的表达，以进一步减少 PPD 的积累并将 CK 的产量增加到 41.3 mg/L/OD。最后，所得菌株的 CK 滴度在 5 L 补料分批发酵中达到 5 g/L。这项研究为工程酵母生产复杂的天然产物提供了一种新策略。