染料木素和大豆苷元是重要的异黄酮类化合物,在医药和保健品行业具有广阔的应用前景。本文利用合成生物学手段,在大肠杆菌中模块化构建和优化染料木素和大豆苷元的合成途径,研究从头生物合成。为构建柚皮素合成途径,选择6种植物查尔酮合成酶CHSs进行测试。添加对香豆酸前体,表达6种CHSs的重组大肠杆菌均能催化合成柚皮素,同时生成脱轨产物对香豆酰三乙酸内酯（CTAL）。文献报道查尔酮异构酶样蛋白CHILs可以与CHS相互作用,纠正脱轨产物的生成。选择4种植物CHILs与6种CHSs进行适配性筛选。最优组合Eb CHS-Ph CHIL的柚皮素产量达到187.10 mg/L,CTAL含量降低69.80%。在此基础上,表达不同来源的查尔酮还原酶CHRs构建甘草素途径。紫花苜蓿来源的Ms CHR优于大豆Gm CHR,合成了74.74 mg/L甘草素。为了合成染料木素和大豆苷元,以柚皮素和甘草素为底物,筛选了4种植物异黄酮合成酶IFSs。对IFSs进行N端跨膜区截短和不同N端修饰,结果表明,KKK-t Lj IFS对柚皮素转化效果最好,合成45.34 mg/L染料木素;KKK-t Ge IFS对甘草素转化效果最好,合成49.76 mg/L大豆苷元。随后,对CPR进行相同的N端修饰,Omp A-Lj CPR将染料木素产量提高到57.51 mg/L,17A-t Lj CPR将大豆苷元产量提高到61.70 mg/L,是报道过的最高产量。为了实现从葡萄糖合成染料木素和大豆苷元,将优化的柚皮素和染料木素模块、甘草素和大豆苷元模块分别导入高产酪氨酸的底盘菌中,同时过表达约氏黄杆菌来源的酪氨酸解氨酶Fj TAL。通过优化丙二酰Co A前体供应和发酵条件,大肠杆菌分别从头合成了76.37 mg/L染料木素和27.93 mg/L大豆苷元,均是目前报道的最高产量。本文证明了使用合成生物学手段构建微生物细胞工厂高效、绿色合成黄酮类化合物具有巨大潜力和前景,也为CYP450酶参与的天然产物的生物合成提供解决方案。