پیشرفت‌ها در زیست‌سنتز و تولید زیستی محصولات شکافت کاروتنوئید

کاروتنوئیدها دسته‌ای از رنگدانه‌های طبیعی هستند که به‌طور گسترده در طبیعت توزیع شده‌اند و رنگ‌های درخشان به گیاهان، ریزاندامگان‌ها و جانداران دریایی می‌دهند. به دلیل ساختارهای ایزوپرنوئیدی منحصربه‌فرد و خواص آنتی‌اکسیدانی، کاروتنوئیدها مدت‌ها در کاربردهای غذایی و پزشکی ارزشمند بوده‌اند. در سال‌های اخیر، پژوهش‌ها بر مسیرهای زیست‌سنتزی محصولات شکافت کاروتنوئیدها مانند ویتامین آ، کروسین، آبسیزیک اسید و استریگولاکتون‌ها متمرکز شده است. این مرور پیشرفت پژوهشی در گام‌های زیست‌سنتزی کلیدی برای ویتامین آ، کروسین، آبسیزیک اسید و استریگولاکتون‌ها، شامل واکنش شکافت، آنزیم‌های زیست‌سنتزی و راهبردهای زیست‌تولید را خلاصه می‌کند. با این حال، چند گام آنزیمی مگاستیگماتری‌نون و دی‌هیدرو-بتا-یونون حل نشده باقی مانده است و نیاز به پژوهش بیشتر برای روشن‌سازی کامل این مسیرها و دستیابی به زیست‌تولید کارآمد دارد. این امر پشتیبانی نظری و عملی برای کشف محصولات شکافت کاروتنوئیدی جدید، کاوش فعالیت‌های زیستی آن‌ها و روشن‌سازی مسیرهای زیست‌سنتزی آن‌ها فراهم می‌کند و در نتیجه کاربردهای عملی در صنایع غذایی و حوزه‌های سلامت را تقویت می‌کند.

Carotenoids are a class of natural pigments widely distributed in nature, which impart vibrant colors to plants, microorganisms, and marine organisms. Due to their unique isoprenoid structures and antioxidant properties, carotenoids have long been valued in food and medical applications. In recent years, research has focused on the biosynthetic pathways of carotenoid cleavage products, such as vitamin A, crocin, abscisic acid, and strigolactones. This review summarizes the research progress in key biosynthetic steps for vitamin A, crocin, abscisic acid, and strigolactones, including cleavage reaction, biosynthetic enzymes, and biomanufacturing strategies. However, several enzymatic steps of megastigmatrienone and dihydro-β-ionone remain unresolved, requiring further research to fully elucidate these pathways and achieve efficient biomanufacturing. This provides theoretical and practical support for the discovery of novel carotenoid cleavage products, exploration of their biological activities, and elucidation of their biosynthetic pathways, thereby fostering the practical applications in the food industry and healthcare fields.