虾青素(3,3′-二羟基-4,4′-二酮基-β,β′-胡萝卜素)是天然类胡萝卜素的一种。由于其强大的抗氧化活性和单线态氧猝灭能力,虾青素可以减缓衰老,保持皮肤健康,提升免疫系统,和预防心血管疾病及癌症,在食品医药化妆品领域有着潜在的市场价值。因此,利用合成生物学研究虾青素在工程菌株内的合成和产量提升具有重要的意义。虾青素生物合成过程中羟化酶(CrtZ)和酮化酶(CrtW)倾向的反应过程决定了中间产物积累的数目与数量,因此解决羟化酶和酮化酶之间的代谢平衡是降低虾青素合成过程中网状代谢和中间产物积累的关键。本研究在δ位点整合虾青素上游β-胡萝卜素合成基因,获得了虾青素的直接前体β-胡萝卜素,然后以其中β-胡萝卜素产量最高的菌为出发菌(SyBE_Sc118012),在敲除该菌株内源基因ypl062w的同时,在此位点过表达thmgr和bts1-erg20融合蛋白基因以增加前体供应,β-胡萝卜素产量提高了1.65倍,工程酿酒酵母菌株SyBE_Sc118030达到了162.1 mg/L。在此基础上,通过不同来源的羟化酶和酮化酶的组合尝试,并调节羟化酶与酮化酶之间的相对表达强度,最终得到了高产虾青素的工程酿酒酵母菌株SyBE_Sc118076,其摇瓶产量为28.25 mg/L(干重为4.4 mg/g),在5L发酵罐中通过补料流加发酵工艺优化,产量提高1.25倍,达到了53.5 mg/L。因此,本研究通过不同来源组合筛选适合底盘表达的羟化酶和酮化酶基因进而提高虾青素产量,减少中间代谢物质积累,对虾青素代谢路径的优化具有一定的借鉴意义。