本文是一篇综述（Review），发表于 *World Journal of Microbiology and Biotechnology*（2026年42卷，文章编号530），作者为 Thaynara Lorenzoni Entringer 和 Wendel Batista da Silveira，均来自巴西维索萨联邦大学（Universidade Federal de Viçosa）微生物学系及农业应用生物技术研究所（BIOAGRO）。文章系统综述了非白色念珠菌（non-albicans Candida）中具有生物技术应用潜力的多个酵母物种的基因组特征、代谢特性、生物技术应用及代谢工程进展，重点聚焦 *Candida tropicalis*（热带念珠菌）、*Candida parapsilosis*（近平滑念珠菌）、*Candida viswanathii*、Candida sojae 和 *Candida maltosa*（麦芽念珠菌）等物种。

一、综述的学术背景与研究目的

在循环生物经济（circular bioeconomy）框架下，利用农业工业副产物（如木质纤维素生物质、粗甘油和富含乳糖的残留物）进行微生物生产高附加值产品是推动可持续生产链的重要策略。传统工业酵母——特别是 *Saccharomyces*（酵母属）菌株——在利用乳糖、戊糖和甘油方面能力有限，且对木质纤维素来源的抑制物敏感，限制了其在基于副产物的生物过程中的应用。相比之下，多种非白色念珠菌具有广泛的底物利用能力和较强的工业胁迫耐受性，是生物转化农业工业残留物的潜在优良宿主。

该综述旨在总结过去十年中关于非白色念珠菌基因组、代谢和生理特征的最新研究进展，特别是 *C. tropicalis*、*C. parapsilosis*、*C. viswanathii*、C. sojae 和 C. maltosa 等物种。文章重点关注基因组尺度代谢模型（genome-scale metabolic models，GEMs）、碳源同化途径、胁迫响应机制以及代谢工程策略，并分析当前的知识空白和生物技术瓶颈，为这些酵母作为可持续生物过程平台的应用提供参考。

二、基因组特征与系统发育关系

非白色念珠菌基因组大小通常在12至15 Mb之间，多数为二倍体，染色体数目一般为7至9对。例如，C. tropicalis 具有7对染色体，而 C. parapsilosis 不同分离株可存在7至9对染色体的变异。截至2026年3月，GenBank数据库中可获得的基因组数量分别为：C. maltosa 3个、C. parapsilosis 63个、C. tropicalis 58个、C. sojae 3个、C. viswanathii 2个。这一差异表明 C. parapsilosis 和 C. tropicalis 在基因组水平上被研究得更为深入。文章还通过系统发育基因组学分析，选取21个来自工业或环境分离株的基因组，构建了系统发育树，以展示这些酵母之间的进化关系。

三、基因组尺度代谢模型

目前仅重建了三种念珠菌的基因组尺度代谢模型：C. tropicalis 的 iCT646 模型、C. albicans 的 irV781 模型和 C. parapsilosis 的 iDC1003 模型。其中，iCT646 模型包含1420个反应、1147个代谢物和646个基因，利用 KEGG 和 BRENDA 数据库构建，并通过恒化培养数据验证。通量平衡分析（flux balance analysis）显示，C. tropicalis 的脂肪酸、乙酰辅酶A（acetyl-CoA）和辅因子周转率显著高于 *S. cerevisiae*，且糖分解产生的丙酮酸主要流向脂肪酸合成。此外，通量变异分析表明，脂质积累所需的 NADPH 主要由磷酸戊糖途径提供。在代谢工程方面，模拟结果显示，除了阻断β-氧化外，还需要降低脂肪酸的从头合成通量以提高二羧酸（dicarboxylic acids，DCAs）产量。

四、非白色念珠菌的生理与代谢特性

在碳源同化方面，这些酵母普遍能利用来自农业工业副产物的主要碳源，如半乳糖、木糖、纤维二糖和甘油。其中，C. tropicalis 的底物利用范围最广，而 C. maltosa 和 C. viswanathii 则能利用疏水性底物，如正十四烷、正十八烷和月桂酸酯等。C. parapsilosis 具有复杂的芳香族化合物同化系统，由转录因子 Otf1p 和 Gtf1p 分别调控3-氧代己二酸（3-oxoadipate）途径和龙胆酸（gentisate）途径。C. tropicalis 对正十六烷的转运是主动且能量依赖的过程，涉及内吞作用和吞噬作用相关膜蛋白的表达上调。此外，C. tropicalis 对糠醛、苯酚和乙酸的代谢响应研究表明，这些抑制物会导致 NADH/NAD+ 比例显著升高，破坏细胞氧化还原平衡，并影响木糖到木糖醇的生物转化效率。最近，C. maltosa 的两个新分离株 UFV-1 和 UFV-2 显示出对乙酸、甲酸、糠醛和5-羟甲基糠醛（HMF）的良好耐受性。

五、生物技术应用与代谢工程

在过去十年中，大多数关于非白色念珠菌生物技术应用和代谢工程的研究集中在 C. tropicalis 上，其他物种的研究相对有限。

1. 木糖醇生产

C. tropicalis 是研究最广泛的木糖醇生产平台。多项研究表明，利用甘蔗渣、玉米芯、稻壳和香蕉假茎等农业副产物水解液进行发酵可获得高产率的木糖醇。例如，Tamburini 等（2015）在3 L发酵罐中采用补料分批策略，使木糖醇产率达到理论最大产率的86.84%。Morais Junior 等（2019）筛选到耐高浓度乙酸的 C. tropicalis JA2 菌株，在含8.0 g/L乙酸和177 g/L木糖的甘蔗渣水解液中实现109.5 g/L木糖醇和0.86 g/g的产率。通过代谢工程手段，Zhang 等（2021）构建了过表达 NADPH 再生系统的工程菌株，在5 L反应器中从300 g/L木糖母液中获得97.10 g/L木糖醇。其他研究还涉及快速适应策略、解毒与适应结合、以及异源基因表达等手段，以提升抑制物耐受性和木糖醇产量。

C. maltosa 也通过适应性实验室进化（adaptive laboratory evolution，ALE）从玉米芯半纤维素水解液中生产木糖醇，最佳进化菌株在48小时内可积累超过100 g/L木糖醇。C. sojae 在芥菜水解液的两阶段发酵中，乙醇和木糖醇产率分别达到0.45 g/g和0.62 g/g，且两阶段工艺优于单阶段发酵。

2. 生物燃料与脂质生产

C. tropicalis 能够利用木糖积累脂质，其脂肪酸组成以油酸为主，适合作为生物柴油原料。Chattopadhyay 等（2020）开发了基于标记的整合型遗传转化系统，并通过过表达自身转录因子 CtRap1，使脂质含量提高60%，达到37%（w/w）。Luo 等（2023）结合 ALE 和室温等离子体诱变，筛选出能在45°C下生长且脂质积累能力提高16.8%的 C. tropicalis 菌株，并在同步糖化发酵（SSF）中从预处理玉米秸秆获得86.2 mg/g生物质的脂质产率。C. viswanathii 菌株 Y-E4 能利用粗甘油积累脂质至52%（w/w），且脂肪酸组成中亚油酸含量增加，有利于生物柴油应用。

3. 二羧酸生产

C. tropicalis 和 C. viswanathii 是二羧酸生产的重要平台。Wang 等（2018）通过敲除肉碱乙酰转移酶基因和过表达细胞色素P450相关基因，使二羧酸产量提高至32.84 g/L。Ju 等（2020）通过敲除酰基辅酶A氧化酶基因，使己二酸产量在补料分批发酵中达到12.1 g/L。C. viswanathii 的 CRISPR/Cas9 工程菌株通过协同过表达 ω-氧化途径和辅因子再生相关基因，使十二碳二酸（dodecanedioic acid，DDA）产量翻倍至224 g/L，摩尔转化率83%，生产强度1.87 g/L/h。后续研究通过低成本培养基优化和 CRISPR 激活（CRISPRa）系统，进一步将 DDA 生产成本降低约29倍，并提高了产量。

4. 其他代谢物

C. tropicalis 还被用于生产多种高附加值化合物。例如，通过代谢工程策略，α-蛇麻烯（α-humulene）产量在生物反应器中达到4115 mg/L；西柏三烯醇（cembratriene-ol，CBT-ol）达到1425.76 mg/L；(−)-α-红没药醇在5 L补料分批系统中达到36.9 g/L。此外，还实现了1,2,4-丁三醇和β-胡萝卜素的生物合成。C. parapsilosis 主要被用于甘露醇和阿拉伯糖醇生产，其中甘露醇在补料分批发酵中达到97.1 g/L。C. viswanathii 还能利用亚马逊植物油生产脂肪酶，C. maltosa 则可利用聚乙烯降解产物生产单细胞蛋白。

六、挑战与展望

尽管非白色念珠菌在生物技术应用中展现出巨大潜力，但仍面临诸多挑战。首先，部分菌株与临床致病菌亲缘关系较近，因此在工业应用前需要进行安全性评估，包括基因分型、表型分析和全基因组测序，以确保所用菌株不具备致病相关特征。其次，除 C. tropicalis 和 C. parapsilosis 外，多数物种的代谢调控网络、转运系统和胁迫响应机制仍缺乏深入研究，多组学整合分析较少，限制了理性菌株设计和代谢工程工具的开发。系统生物学方法，特别是“设计-构建-测试-学习”（Design–Build–Test–Learn，DBTL）框架，有望通过高通量基因组编辑、自动化表型分析和适应性进化等手段加速菌株优化和知识积累，从而推动这些非白色念珠菌在生物聚合物、萜类化合物、芳香族衍生物、先进生物燃料和特种化学品等新兴领域的应用。