近年来，甲酸作为有机一碳底物的核心成员备受关注，挖掘其自养型菌株及同化途径对推动全球碳负性生物经济发展具有重要意义。

中国科学院天津工业生物技术研究所赵国屏院士大师工作室张燕飞研究员团队对解脂耶氏酵母进行加速的实验室适应性进化，两个月内实现了野生型解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica W29菌株对1 M高浓度甲酸的耐受，获得的两个优势进化株M25-70和M25-14表现出了显著增强的甲酸耐受和利用能力。转录组分析显示，在添加甲酸作为唯一辅助碳源的SC培养基中进行培养时，九个内源的甲酸脱氢酶编码基因的转录水平发生集体上调，表明解脂耶氏酵母具有将甲酸转化为生物兼容型化学能的卓越能力。同时，通过采用代谢网络模型对转录组数据进行解析并开展反向代谢工程验证，揭示了一条基于乙醛酸和苏氨酸的、自催化的双循环途径（gSer-tSer bicycle）在增强甘氨酸供应和促进甲酸同化中发挥了关键作用。综合上述在解脂耶氏酵母中发生的甲酸产能与同化的歧化过程，该菌株的天然甲酸代谢能力，以及甲酸作为能源和碳源的全能属性均得以彰显。

该工作首次发现野生型Yarrowia lipolytica中天然存在的甲酸同化新途径，是对当前稀缺的，以丝氨酸循环和还原甘氨酸途径为代表的非厌氧天然甲酸同化途径阵营的有力扩充。通过该途径合成甘氨酸或丙酮酸时，具备与还原甘氨酸途径等效的计量学关系，二者核心区别仅在于该双循环途径通过解脂耶氏酵母常规内源基因的现实组合绕过了还原甘氨酸途径的瓶颈环节——甘氨酸裂解系统的逆向活性，因此预期具备更广泛的跨物种应用潜能。这项研究通过报道Yarrowia lipolytica中存在天然甲酸同化途径和具备高度响应性的甲酸脱氢酶供能系统，强调了该菌株因具有内源代谢基础而表现出的天然自养属性。因此，该菌株在甲酸耐受和利用方面具备极强可塑性，这为将其发展为一碳工业新底盘提供重要依据并奠定坚实基础。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动和合成生物学海河实验室重大攻关类项目的支持。相关研究成果以封面文章发表在Biotechnology Journal期刊上，天津工业生物所与天津科技大学联合培养硕士研究生陈倩为论文的第一作者，天津工业生物所杨雪副研究员、张燕飞研究员和赵国屏院士为共同通讯作者。

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图1. 解脂耶氏酵母内源的甲酸歧化自养潜能

图2. 解脂耶氏酵母在甲酸培养条件下的转录组分析

(a)gSer-tSer双循环途径结构及其基因转录水平. (b)内源甲酸脱氢酶基因发生集体转录上调. (c)传统中心代谢相关基因的转录水平未见规律性增强.

图3. gSer-tSer双循环和还原甘氨酸途径的结构对比

蓝色和红色数字分别表示通过gSer-tSer双循环和还原甘氨酸途径合成丙酮酸时的通量比例.二者碳流总反应均为由两分子甲酸和一分子二氧化碳生成一分子丙酮酸.